Напівмостове джерело постійного/постійного струму на основі LM5036

LM5036 - це високо інтегрований напівмостовий ШІМ-контролер, який інтегрує допоміжне джерело зміщення, щоб забезпечити рішення з високою щільністю потужності для телекомунікаційних, передавальних мереж та промислових перетворювачів енергії. LM5036 включає всі функції, необхідні для реалізації напівмостового топологічного перетворювача потужності за допомогою регулювання режиму напруги. Пристрій підходить для первинної сторони ізольованого перетворювача постійного і постійного струму з вхідною напругою до 100 В. У порівнянні з традиційними напівмостовими та повномостовими контролерами, LM5036 має свої незамінні переваги:

(1) Інтегрований допоміжний блок зміщення для живлення LM5036 та первинних та вторинних компонентів без зовнішнього допоміжного живлення, зменшуючи розмір та вартість плати, забезпечуючи високу щільність потужності та хорошу теплову надійність.

(2) Покращена продуктивність запуску перед упередженням дозволяє монотонно збільшувати вихідну напругу та уникати струму струму при запуску навантаження.

(3) Покращений циклічний цикл обмеження струму за допомогою імпульсного узгодження для отримання рівномірного рівня граничного вихідного струму в діапазоні вхідної напруги, а також запобігає насиченню трансформатора.

живлення

Механізм захисту імпульсного узгодженого струму

Проблеми та рішення постійного струму, що обмежують:

Під час циклу за циклом операція обмеження струму CBC активується, коли поточний сенсорний сигнал ISENSE досягає позитивного порогу IPOS_LIM. Контролер, по суті, демонструє управління режимом пікового струму при відкритому контурі напруги під час роботи CBC. Типовою проблемою регулювання режиму пікового струму є субгармонічне коливання, яке виникає, коли робочий цикл напівмостової топології перевищує 0,25 (0,5 доларовий перетворювач).

Основним правилом є додавання компенсаційної рампи, нахил якої повинен бути встановлений як мінімум на половину нахилу нахилу вихідного струму індуктивності, який перетворюється на основну сторону резистором відчуття струму. Якщо ви хочете усунути субгармонічні коливання після одного циклу перемикання, ви повинні встановити компенсацію нахилу, щоб подвоїти нахил вихідного струму індуктивності. Це називається контролем за глухими ударами.

Однак після додавання компенсації нахилу виникає ще одна проблема. Граничний рівень струму змінюється залежно від вхідної напруги, як показано на малюнку нижче. Через різні амплітуди компенсації нахилу при різних вхідних напругах фактичний граничний рівень струму змінюється залежно від вхідної напруги, враховуючи внутрішній поріг граничного струму. Такий механізм робить обмеження допуску на вихідний струм поганим. Потрібно більше конструктивних запасів, що призводить до низької щільності потужності.

LM5036 забезпечує стабільну роботу CBC, відповідаючи кількості тонн первинного MOSFET. Порогове обмеження пікового струму регулюється VIN, щоб гарантувати, що межа вихідного струму змінюється залежно від вхідної напруги. Всі ці функції встановлюються трьома виводами CS та відповідними зовнішніми резисторами. Значення цих резисторів можна розрахувати, використовуючи таблицю розрахунку конструкції LM5036. Як позитивні, так і негативні струми (що спричиняють падіння або навіть пошкодження вихідної напруги) будуть сприйняті та обмежені.

Пристрій LM5036 розробив нову технологію - компенсацію вхідної напруги. Додаючи додатковий сигнал як функцію вхідної напруги над поточним чутливим сигналом та сигналом компенсації нахилу, граничне значення струму можна мінімізувати по всьому діапазону вхідної напруги, що призводить до більш точного обмеження вихідної потужності, максимально уникнення вихідної потужності змінюється залежно від вхідної напруги. У пристрої LM5036 сигналом компенсації нахилу є пилоподібний струмовий сигнал ISLOPE, який збільшується від 0 до 50 мкА (типово) на частоті генератора (удвічі більше частоти перемикання).

Тепер сигнал компенсованого струму може бути отриманий як:

Зліва на малюнку нижче показано зовнішню схему обмеження струму за циклом LM5036 та внутрішню реалізацію LM5036.

Малюнок праворуч показує склад поточного сенсорного сигналу. Видно, що LM5036 не тільки виявляє прямий струм при виявленні струму, але також посилює значення струму, що відчувається через зовнішній резистор RLIM та внутрішнє джерело струму VLIM, тим самим залишаючи простір для вимірювання зворотного струму та встановлення поріг зворотного струму. У той же час, оскільки сигнал VIN вхідної напруги вводиться в датчик струму, струм зондування містить інформацію про вхідну напругу. Це дозволяє підтримувати поріг струму в невеликому діапазоні протягом усього діапазону вхідної напруги.

У той же час LM5036 має механізм збігу імпульсів, який підтримує баланс потоку головного трансформатора під час роботи циклу за циклом. Співвідношення робочих коефіцієнтів верхнього та нижнього основних транзисторів транзистора завжди узгоджуються, щоб забезпечити баланс напруги вольт-секунд трансформатора, ефективно запобігаючи насиченню трансформатора.

Метод узгодження імпульсів наведено на малюнку нижче. Коли в першій фазі досягається обмеження струму, сигнал FLAG всередині LM5036 переходить від низького до високого. Сигнал RAMP відбирається на висхідній кромці сигналу FLAG, а потім залишається на своєму початковому значенні вибірки для наступної половини фази MOSFET високого боку. Коли фазовий сигнал RAMP верхньої сторони піднімається вище значення вибірки, імпульс ШІМ верхнього боку відключається, що в кінцевому підсумку змушує робочі цикли двох фаз збігатися.

При захисті від переструму LM5036 і звичайне управління постійним/постійним струмом знаходяться в регуляторі від напруги і переходять у режим струму. Однак у поточному режимі вхідна напруга вводиться за рахунок додавання компенсації рампи. У цей час верхня межа звичайного регулювання буде змінюватися залежно від вхідної напруги. Однак у LM5036, оскільки детектор струму також виявляє значення вхідної напруги, вплив перетворення вхідної напруги можна ефективно усунути за допомогою внутрішнього контролю. У той же час, у захисті від перевантаження по струму, якщо струм виявлення досягає порогового значення, LM5036 може забезпечити узгодженість часу включення верхньої та нижньої трубок шляхом імпульсного узгодження, таким чином уникаючи ризику насичення трансформатора.

LM5306 може перейти в режим гикавки під час захисту від перевантаження. Його період можна налаштувати зовнішнім конденсатором на штифті RES. На додаток до традиційного режиму хропіння від надтокового струму, LM5036 також підтримує захист від хропіння в зворотному струмі. Коли зворотний струм повторюється, LM5036 також може перейти в режим гикавки. Встановіть джерело струму 15 мкА на конденсаторі перезапуску.

Попередньо упереджений старт:

За відсутності повністю контрольованого запуску попереднього зміщення, SR на вторинній стороні може передчасно закритися для подачі струму від попередньо зарядженого вихідного конденсатора, передаючи його на вхід, що призводить до падіння напруги конденсатора. Якщо падіння напруги, спричинене цим процесом, занадто велике, це може призвести до перезавантаження навантаження або навіть пошкодити ступінь живлення перетворювача потужності. Як видно з малюнка нижче, спостерігається падіння напруги та перевищення вихідної напруги під час запуску без попереднього зміщення.

LM5036 оснащений новою повністю регульованою схемою запуску попереднього зміщення, щоб забезпечити монотонне підвищення вихідної напруги та уникнути зворотного струму. Процес запуску до упередження тут переважно включає MOSFET первинної сторони та плавний пуск SR вторинної сторони.

Попередньо упереджений плавний запуск первинного бічного транзистора (як показано на схемі послідовності включення системи на наступному малюнку):

  1. Вхідна напруга VIN зростає зі зростанням зовнішньо поданої напруги. Як тільки VIN> 15 В і VCC/REF перевищують його поріг УФ, додатковий додатковий блок живлення VAUX2, що генерується Fly-buck, запускається. Тут, крім забезпечення джерелом живлення компонентів на вторинній стороні, VAUX2 також бере участь як сигнал активації в процесі запуску попереднього зміщення.

  1. Коли UVLO перевищує 1,25 В, а VCC/REF перевищує поріг УФ, конденсатор плавного пуску, підключений до виводу SS, починає заряджатися. Коли порогова напруга TH (відповідно до проектної установки) в цей час спрацьовує, схема скидання, яка розряджає вихідну вихідну напругу VREF, тим самим затискаючи значення VREF на землю. Це гарантує, що оптрона видає команду робочого циклу 0%. Коли UVLO перевищує 1,25 В, а VCC і REF перевищують відповідний поріг УФ, конденсатор плавного пуску починає заряджатися, а напруга штифта SS починає зростати.

  1. Коли Vcomp> 1В (що відповідає 0% робочого циклу), робочий цикл первинного FET починає збільшуватися (Vo зростає). У той же час синхронний випрямний SR контактний конденсатор з плавним пуском SR починає заряджатися.

Процес плавного запуску вторинної сторони SR:

  1. Перш ніж SSSR> = 1 В, LM5036 працює в режимі SR SYNC, як показано на наступному значку № 3. На даний момент SR повністю синхронізований з основним FET. Основними функціями є: 1) Допомагають зменшити втрати провідності СР; ) Уникайте ризику виникнення зворотних струмів.

  1. По мірі збільшення первинних імпульсів FET та SR поступово Vo поступово зростає. Це поетапне збільшення ширини імпульсу ефективно запобігає перешкодам вихідної напруги через різницю в падінні напруги між діодом корпусу та SR Rdson.

  1. З підвищенням напруги SSSR, коли SSSR> 1 В, LM5036 запускає плавний пуск періоду вільного ходу SR.

  1. SR1 та SR2 одночасно включаються під час вільного ходу.

  1. Наприкінці періоду вільного ходу SR, на передньому краю головного годинника, SR пов'язаний зі станом основного транзистора у наступному періоді передачі потужності. Ця ж фаза продовжує відкриватися, і кореляція порушується. (Як показано на малюнку нижче, SR1 і HSG перебувають у стадії фазового ввімкнення, SR1 залишається відкритою на висхідному краю головного клавіші 5-го, а SR2 залишається вимкненою через нестаціонарність, а остання половина змінюється на іншу. )

  1. В кінці періоду передачі потужності основний транзистор транзистора та фазовий SR вимикаються одночасно. В кінці плавного пуску імпульс SR буде доповнювати відповідний основний FET.

Завдяки процесу плавного пуску попереднього зміщення вторинної сторони, рампу опорної напруги вторинної сторони можна ефективно контролювати, а SR активується лише тоді, коли опорний рівень VREF перевищує вихідну напругу. Це гарантує, що SR не поглинає енергію вихідного конденсатора протягом усього процесу запуску, і, природно, немає витоку напруги конденсатора. Як показано на малюнку нижче, протягом усього процесу плавного пуску вихідна напруга залишається монотонно зростаючим, що гарантує, що цифрові схеми в системі починають працювати в правильному порядку.

Зверніть увагу, що при розробці перетворювача постійного струму/постійного струму з LM5036 користувачеві не потрібно розглядати цей процес запуску перед упередженням, оскільки це повністю контрольована функція самого LM5036.

Вбудоване допоміжне джерело:

Для напівмостових драйверів система вимагає окремого живлення зміщення та більшої кількості компонентів, коли немає зовнішнього допоміжного живлення. Напругу вторинного бічного зміщення неможливо легко відрегулювати для управління процесом плавного пуску системи. Тому тут потрібен окремий зовнішній блок живлення та більше компонентів, які з часом займуть велику площу плати.

Як показано на малюнку вище, SW_AUX - вихід Fly-buck, L3 - вихідна індуктивність сторони виходу, C36 - ємність вихідної сторони, R22 і R23 - резистори, що розділяють напругу з зворотним зв'язком, а R24, C34 і C35 мають тип -3 брижа. Введіть схему. Використовуючи інструмент обчислення, спочатку введіть деяку основну інформацію про додаткове джерело живлення, частоту, значення струму навантаження та значення індуктивності. Може бути розрахований відповідний вибір конденсатора.

Для резисторів FB відповідні електронні компоненти резисторів FB можна розрахувати за напругами передньої та задньої каскадів Flybuck, як показано в таблиці схеми допоміжних зворотних зв'язків.

Що стосується вибору параметрів схеми впорскування RCC, у таблиці розрахунків є три різні схеми вибору. Після вибору TYPE-3, цільове значення напруги пульсації та значення струму пульсації можуть бути введені для обчислення відповідного значення опору RCC. . Тут значення Cac і Rr, як правило, є фіксованими, і Cr можна вибрати відповідно до розрахункового значення.

На малюнку вище показано правила розміщення довідкової оціночної комісії на основі LM5036. Верхня частина - це схема вхідного фільтра, напівмостова схема, синхронне випрямлення на виході та схема вихідного фільтра. Нижня частина - це ключові компоненти навколо LM5036, допоміжного ланцюга живлення та схеми регулювання контуру зворотного зв'язку. Додатковий блок живлення використовує дуже малий розмір для досягнення мультиплікативного ефекту. Цегляний блок живлення потужністю 200 Вт, який зазвичай зустрічається в промисловості, зазвичай використовує цегляну схему на 1/8. Завдяки високій інтеграції LM5036, блок живлення потужністю 200 Вт тепер доступний на 1/16 цегляних модулів, і така ж потужність може бути досягнута на меншій площі друкованої плати.