基于LM5 036的半橋DC/DC電源非恒定電流限制

LM5036是一款高度集成化的半橋PWM控制器，集成了輔助偏置電源，為電信，數(shù)據(jù)通信，工業(yè)電源轉(zhuǎn)換器提供高功率密度解決方案。LM5036包含使用電壓模式控制實(shí)現(xiàn)半橋拓?fù)涔β兽D(zhuǎn)換器所需的所有功能。 該器件適用于隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)，輸入電壓高達(dá)100V。與傳統(tǒng)半橋及全橋控制器相比，LM5036有著自身不可替代的優(yōu)勢(shì)：

(1)集成輔助偏置電源，為L(zhǎng)M5036及原邊和副邊元器件供電，無(wú)需外部輔助電源，減少電路板尺寸和成本，有助于實(shí)現(xiàn)高功率密度和良好的熱可靠性。

(2)增強(qiáng)的預(yù)偏置啟動(dòng)性能可實(shí)現(xiàn)負(fù)載帶壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，輸出電壓的單調(diào)遞增并避免倒灌電流。

(3)通過(guò)脈沖匹配改善了逐周期電流限制，從而在輸入電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻的輸出電流限制水平，并且還可以防止變壓器飽和。

脈沖匹配的電流限制保護(hù)機(jī)制:

恒流限制問(wèn)題和解決方案：

在逐周期運(yùn)行期間，當(dāng)電流感測(cè)信號(hào)ISENSE達(dá)到正閾值IPOS_LIM時(shí)，激活CBC電流限制操作?？刂破骰旧媳憩F(xiàn)為峰值電流模式控制，在CBC操作期間電壓回路打開(kāi)。峰值電流模式控制的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是當(dāng)半橋拓?fù)涞恼伎毡却笥?.25（降壓轉(zhuǎn)換器為0.5）時(shí)出現(xiàn)的次諧波振蕩。

經(jīng)驗(yàn)法則是增加補(bǔ)償斜坡，其斜率必須設(shè)置為通過(guò)電流檢測(cè)電阻器轉(zhuǎn)換到初級(jí)側(cè)的輸出電感器電流的下坡的至少一半。如果希望在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期后消除次諧波振蕩，則必須將斜率補(bǔ)償設(shè)置為輸出電感電流下行斜率的一倍。這被稱為無(wú)差拍控制。

但是，在添加斜率補(bǔ)償后會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。電流限制電平隨輸入電壓而變化，如下圖所示。由于不同輸入電壓下的斜率補(bǔ)償幅度不同，實(shí)際電流限制電平隨給定內(nèi)部電流限制閾值的輸入電壓而變化。這樣的機(jī)制使得輸出電流限制容差較差。需要更多的設(shè)計(jì)余量，導(dǎo)致功率密度較差。

非恒定電流限制

LM5036通過(guò)匹配初級(jí)MOSFET的ton次數(shù)來(lái)確保穩(wěn)定的CBC操作。 通過(guò)VIN調(diào)節(jié)峰值電流限制閾值，以確保減小輸出電流限制隨輸入電壓的變化。所有這些功能都由三個(gè)CS引腳和相關(guān)的外部電阻設(shè)置。 使用LM5036設(shè)計(jì)計(jì)算表格可以計(jì)算這些電阻的值。正電流和負(fù)電流（導(dǎo)致輸出電壓下降甚至損壞）都將被感測(cè)和限制。

LM5036器件開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù) - 輸入電壓補(bǔ)償。 通過(guò)在電流感測(cè)信號(hào)和斜率補(bǔ)償信號(hào)之上添加作為輸入電壓的函數(shù)的額外信號(hào)，可以在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)最小化電流限制值的變化，從而可以得到更加精準(zhǔn)的輸出功率限制，最大化地避免輸出功率的閾值隨著輸入電壓的變化而變化。在LM5036器件中，斜率補(bǔ)償信號(hào)是鋸齒電流信號(hào)ISLOPE，在振蕩器頻率（開(kāi)關(guān)頻率的兩倍）上從0增加到50μA（典型值）。

補(bǔ)償后的電流檢測(cè)信號(hào)現(xiàn)在可以推導(dǎo)為：

上圖左為L(zhǎng)M5036逐周期電流限制的外接電路、LM5036內(nèi)部實(shí)現(xiàn)示意電路。右圖為電流感測(cè)信號(hào)的組成說(shuō)明?？梢?jiàn)LM5036在電流檢測(cè)上不僅檢測(cè)正向電流，還通過(guò)外接RLIM電阻及內(nèi)部電流源VLIM提升電流感測(cè)的電流值，從而留出測(cè)量空間以便感測(cè)反向電流和設(shè)置反向電流閾值。同時(shí)由于引入輸入電壓VIN信號(hào)到電流感測(cè)上，使得感測(cè)電流包含輸入電壓信息。從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)電壓輸入范圍內(nèi)，電流閾值保持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。

與此同時(shí)，LM5036擁有脈沖匹配機(jī)制，在Cycle-By-Cycle運(yùn)行期間保持主變壓器的磁通平衡。上下兩個(gè)主MOSFET的占空比始終保持匹配狀態(tài)，以確保變壓器伏秒積平衡，有效防止變壓器飽和。

脈沖匹配方式如下圖所示。當(dāng)在第1階段達(dá)到電流限制時(shí)，LM5036內(nèi)部的FLAG信號(hào)由低變高。 RAMP信號(hào)在FLAG信號(hào)的上升沿被采樣，然后在高邊mosfet相位的下一半開(kāi)關(guān)周期內(nèi)將保持原本采樣值并正常運(yùn)行。當(dāng)高側(cè)相位RAMP信號(hào)上升到采樣值以上時(shí)，高側(cè)PWM脈沖關(guān)閉，這樣最終會(huì)使得兩個(gè)相位的占空比匹配。

脈沖匹配機(jī)制

在過(guò)流保護(hù)中LM5036和傳統(tǒng)DC/DC控制相同都是處于脫離電壓控制而進(jìn)入電流控制模式。但是電流模式中由于加入斜波補(bǔ)償，從而引入了輸入電壓。此時(shí)傳統(tǒng)的控制的電流上限會(huì)隨輸入電壓的變化而不同。但在LM5036中，由于電流檢測(cè)也檢測(cè)輸入電壓值，通過(guò)內(nèi)部控制，可以有效消除輸入電壓變換帶來(lái)的影響。同時(shí)，在過(guò)流保護(hù)中，如果檢測(cè)電流達(dá)到了閾值，LM5036通過(guò)脈沖匹配可以保證上下管的開(kāi)通時(shí)間的一致性，從而避免變壓器飽和的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，LM5306在過(guò)流保護(hù)時(shí)可以進(jìn)入打嗝模式。其周期可由RES引腳上的外接電容進(jìn)行配置。除了傳統(tǒng)的過(guò)流打嗝模式，LM5036還支持倒灌電流的嗝模式保護(hù) 。當(dāng)?shù)构嚯娏鞣磸?fù)出現(xiàn)時(shí)，LM5036也可進(jìn)入打嗝模式。打嗝重啟電容器處設(shè)置15μA電流源。

我們會(huì)在下一篇的文章中介紹有關(guān)電流保護(hù)功能的具體應(yīng)用設(shè)計(jì)方案。

審核編輯：何安