基于LM5036 的半桥DC/DC电源——辅助电源篇

LM5036是一款高度集成化的半桥PWM控制器,集成了辅助偏置电源,为电信,数据通信,工业电源转换器提供高功率密度解决方案。LM5036包含使用电压模式控制实现半桥拓扑功率转换器所需的所有功能。 该器件适用于隔离式DC-DC转换器的初级侧,输入电压高达100V。与传统半桥及全桥控制器相比,LM5036有着自身不可替代的优势:

(1)集成辅助偏置电源,为LM5036及原边和副边元器件供电,无需外部辅助电源,减少电路板尺寸和成本,有助于实现高功率密度和良好的热可靠性。

(2)增强的预偏置启动性能可实现负载带压启动时,输出电压的单调递增并避免倒灌电流。

(3)通过脉冲匹配改善了逐周期电流限制,从而在输入电压范围内产生均匀的输出电流限制水平,并且还可以防止变压器饱和。

 

集成辅助源: 

对于半桥驱动器而言在没有外接辅助电源时,系统需要一个需要单独的偏置电源和更多组件。 不能轻易调节二次侧偏置电压来控制系统软启动过程。因此这里就需要单独的外接电源以及更多的组件,最终就会大大占用板级面积。

LM5036自身集成COT控制模式的Fly-buck控制器,用来产生给LM5036及原边和副边的器件供电。而且这里的COT控制模式中的ON time的时间长度是可以通过Pin-6的Ron来进行设置的。只需要外接RFB1 和 RFB2就可以设置VAUX1 ,VAUX2的电压值。只需要外接一个小小的辅助源变压器,就可以实现LM5036原边VCC供电,副边侧隔离驱动供电,隔离光耦运放等的供电(如上图所示各部分的供电电源)。Vaux2同时参与了预偏置启动过程,作为一个沟通原边和副边的一个使能信号,通过和放电复位电路的配合实现预偏置启动的时序控制。可以看到Vaux2在这里完成了原边和副边的通信,而避免使用额外的隔离信号电路。间接减少BOM数量从而增加功率密度。此外,对于辅助变压器的设计,完全可以通过一个简单的工具设计计算表格去实现变压器及相关器件的设计。应用简单,大大节省板级面积以及综合成本。如下图所示,只需要外加一个小小的辅助变压器(黄色部分)就可以轻松实现这些功能,大大提高系统功率密度。

如上图所示,SW_AUX为Fly-buck的输出端,L3为buck电路的输出侧电感,C36为输出侧电容,R22与R23为反馈分压电阻,R24,C34与C35构成Type-3的纹波注入电路。在使用计算工具时,首先输入一些辅助电源的基本信息,频率,负载电流值,电感取值。即可计算出相应的电容选型。

对于FB电阻,可以根据Flybuck的前级及后级的电压来计算出相应的FB电阻。如Auxiliary Feedback Circuit表格所示。

至于RCC纹波注入电路的参数选择,计算表格中有三种不同的电路选择,选择TYPE-3之后,可以输入目标的纹波电压值以及纹波电流值,即可计算出相应的RCC阻容值。这里一般固定Cac与Rr的值,至于Cr可以根据计算值进行相应的选型。

 

如上图所示,图中所示是基于LM5036的评估板,参考评估板的布局规则,上半部分是输入滤波电路,半桥电路,输出侧同步整流以及输出滤波电路。下半部分为LM5036周边关键器件,辅助电源电路以及反馈回路调节电路,辅助电源利用极小的占板面积却达到一举多得的作用。业界中常见的200W砖块电源通常使用1/8砖的版图。由于LM5036的高集成度,200W功率电源现在已经可以在1/16砖模块上即可实现,同样的功率可以做到更小的版图面积上。