基于LM5036半橋DC/DC電源的預(yù)偏置啟動(dòng)

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。

預(yù)偏置啟動(dòng):

在沒(méi)有完全可控的預(yù)偏置啟動(dòng)情況下，次級(jí)側(cè)的SR可能過(guò)早地閉合導(dǎo)通以從預(yù)充電的輸出電容器吸收電流，傳遞到輸入端，這樣導(dǎo)致電容電壓出現(xiàn)下降的情況，如果此過(guò)程導(dǎo)致的電壓降低過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致重新啟動(dòng)負(fù)載甚至損壞電源轉(zhuǎn)換器功率級(jí)部分。從圖一中就可以看出，在沒(méi)有預(yù)偏置調(diào)節(jié)的啟動(dòng)過(guò)程中輸出電壓出現(xiàn)電壓跌落以及過(guò)沖的情況。

Without full regulated prebias start-up

而LM5036采用全新的完全穩(wěn)壓預(yù)偏置啟動(dòng)方案，以確保輸出電壓的單調(diào)上升及避免反向電流。 這里的預(yù)偏置啟動(dòng)過(guò)程主要包括兩個(gè)方面的軟啟：1）初級(jí)側(cè)MOSFET軟啟動(dòng); 2）二次側(cè)SR軟啟動(dòng)。

原邊f(xié)ets的預(yù)偏置軟啟動(dòng):

如下圖中的系統(tǒng)上電順序圖所示，

1.輸入電壓VIN 會(huì)伴隨外部所加載電壓的上升而上升，一旦VIN> 15V且VCC/REF高于其UV閾值，F(xiàn)ly-buck產(chǎn)生的副邊輔助電源VAUX2就會(huì)啟動(dòng)。這里VAUX2除了提供副邊的元器件供電以外，同時(shí)作為一個(gè)使能信號(hào)參與到欲偏執(zhí)啟動(dòng)過(guò)程中。

2.當(dāng)UVLO超過(guò)1.25V且VCC / REF高于其UV閾值時(shí)，SS引腳上連接的軟啟動(dòng)電容開(kāi)始充電。 當(dāng)SS <2V時(shí)，VAUX2保持在“關(guān)閉狀態(tài)”。即VAUX2> 閾值電壓TH（根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置），此時(shí)會(huì)激活使輸出電壓參考VREF放電的復(fù)位電路，從而鉗制VREF值到地。 這就確保了光耦合器產(chǎn)生0％占空比命令。 當(dāng)UVLO超過(guò)1.25 V且VCC和REF高于相應(yīng)的UV閾值時(shí)，軟啟動(dòng)電容開(kāi)始充電， SS引腳電壓開(kāi)始上升。

3.當(dāng)SS> = 2V時(shí)，VAUX2電壓值進(jìn)入“開(kāi)通狀態(tài)”（VAUX2

4.當(dāng)VAUX2

5.當(dāng)VREF> Vo（預(yù)偏置電壓）時(shí)，Vcomp開(kāi)始上升。

6.當(dāng)Vcomp> 1V（對(duì)應(yīng)0％占空比）時(shí)，初級(jí)FET的占空比開(kāi)始增加（Vo上升）。 與此同時(shí)，同步整流SR軟啟動(dòng)引腳SSSR電容開(kāi)始充電。

二次側(cè)SR的軟啟動(dòng)過(guò)程:

1.在SSSR> = 1V之前，LM5036工作在SR SYNC模式，如下圖標(biāo)號(hào)3的位置，此時(shí)SR與主FET保持完全同步，這樣主要作用是：1）有助于降低SR的傳導(dǎo)損耗; 2）避免出現(xiàn)反向電流的風(fēng)險(xiǎn)。

2.隨著初級(jí)FET和SR脈沖寬度逐漸增加，此時(shí)Vo逐漸上升，這種逐步增加脈寬的方式有效防止由于體二極管和SR Rdson之間的電壓降的差異引起的輸出電壓干擾。

3.隨著SSSR電壓的上升，當(dāng)SSSR> 1V時(shí)，LM5036開(kāi)始SR續(xù)流周期的軟啟動(dòng)。

4.SR1和SR2在續(xù)流期間同時(shí)接通。

5.在SR續(xù)流周期結(jié)束時(shí)，在主時(shí)鐘的上升沿，SR與下一個(gè)功率傳輸周期主fet狀態(tài)相關(guān)。同相繼續(xù)保持開(kāi)通，異相關(guān)斷。（如下圖所示，SR1與HSG屬于同相開(kāi)通，在5號(hào)主clk上升沿處SR1保持開(kāi)通狀態(tài)，SR2由于是異相因此保持關(guān)斷狀態(tài)，后半周期正好相反。）

6.在功率傳輸周期結(jié)束時(shí)，主FET和同相SR同時(shí)關(guān)閉。 在軟啟動(dòng)結(jié)束后，SR脈沖將與相應(yīng)的主FET互補(bǔ)。

由于有二次側(cè)預(yù)偏置軟啟動(dòng)的過(guò)程，可以有效控制次級(jí)側(cè)參考電壓斜坡上升，僅在參考電平VREF高于輸出電壓時(shí)激活SR。這樣就保證了在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)SR吸收輸出電容能量的現(xiàn)象，自然也就不會(huì)出現(xiàn)電容電壓跌落的情況。如下圖所示，在整個(gè)軟啟過(guò)程中，輸出電壓保持單調(diào)平穩(wěn)上升，可有效確保系統(tǒng)內(nèi)數(shù)字電路以正確的順序開(kāi)始工作。

LM5036 Based Design

請(qǐng)注意，在設(shè)計(jì)帶LM5036的DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，用戶(hù)無(wú)需考慮這種預(yù)偏置啟動(dòng)程序，因?yàn)檫@是LM5036本身完全控制的功能。

審核編輯：郭婷