安森美案例:雙開關正激轉換器及其應用設計
MOSFET的導電損耗、開關導通損耗計算見等式(13)到(14):
(13)
(14)
其中,交迭時間(Δt)由下列等式計算得出:
(15)
MOSFET的開關關閉損耗見等式(16):
(16)
其中,交迭時間(Δt)由下列等式計算得出:
(17)
因此,MOSFET的總損耗為:
Plosses=Pcond+PSW,on+PSW,off=173+149+324=646 mW (18)
5) 二極管
次極二極管D1和D2維持相同的峰值反相電壓(PIV),結合二極管降額因數(kD)為40%,可以計算出PIV,見等式(19):
(19)
由于PIV100 V,故能夠選擇30 A、60 V、TO-220封裝的肖特基二極管MBRB30H60CT。
二極管導通時間期間的導電損耗為:
Pcond,forward=IoutVfDCmax=10x0.5x0.45=2.25 W (20)
關閉時間期間的導電損耗為:
Pcond,freewheel=IoutVf(1-DCmin)=10x0.5x(1-0.39) =3.05 W (21)
NCP1252應用設計:NCP1252元件計算
1) 用于選擇開關頻率的電阻Rt
采用一顆簡單電阻,即可在50至500 kHz范圍之間選擇開關頻率(FSW)。假定開關頻率為125 kHz,那么我們就可以得到:
(22)
其中,VRt是Rt引腳上呈現的內部電壓參考(2.2 V)。
2) 感測電阻
NCP1252的最大峰值電流感測電壓達1 V。感測電阻(Rsense)以初級峰值電流的20%余量來計算,其中10%為勵磁電流,10%為總公差:
(23)
(24)
3) 斜坡補償
斜坡補償旨在防止頻率為開關頻率一半時出現次斜坡振蕩,這時轉換器工作在CCM,占空比接近或高于50%。由于是正激拓撲結構,重要的是考慮由勵磁電廠所致的自然補償。根據所要求的斜坡補償(通常為50%至100%),僅能夠外部增加斜坡補償與自然補償之間的差值。
目標斜坡補償等級為100%。相關計算等式如下:
內部斜坡:
(25)
初級自然斜坡:
(26)
次級向下斜坡:
(27)
自然斜坡補償:
(28)
由于自然斜坡補償低于100%的目標斜坡補償,我們需要計算約33%的補償:
(29)
(30)
由于RcompCCS網絡濾波需要約220 ns的時間常數,故:
(31)
4) 輸入欠壓電阻
輸入欠壓(BO)引腳電壓低于VBO參考時連接IBO電流源,從而產生BO磁滯。
(32)
(33)
NCP1252演示板圖片及性能概覽
NCP1252演示板的詳細電路圖參見參考資料2,其頂視圖和底視圖則見圖3。
圖3:NCP1252演示板的頂視圖及底視圖。
在室溫及額定輸入電壓(390 Vdc)條件下,NCP1252演示板不同負載等級時的能效如圖4所示。從此圖可以看出,負載高于40%最大負載時,工作能效高于90%。這演示板還能藉在轉換器次級端同步整流,進一步提升能效達幾個百分點。
圖4:NCP1252演示板在室溫及額定輸入電壓(390 Vdc)條件下的能效圖。
如前所述,NCP1252提供軟啟動功能,其中一個目標應用就是替代UC38xx。NCP1252有一個專用引腳,支持調節軟啟動持續時間及控制啟動期間的峰值。
另外,NCP1252的待機能耗性能也很突出。這器件能藉將輸入欠壓(BO)引腳接地來關閉,而關閉時VCC輸入端汲入的電流小于100 μA。
總結:
本文介紹了正激轉換器磁芯復位技術的原理,比較了三次繞組、RCD鉗位及雙開關正激等常見的磁芯復位技術,分析了雙開關正激轉換器的優勢,并結合安森美半導體基于雙開關正激磁芯復位技術的NCP1252固定頻率控制器,分享了這雙開關正激轉換器的應用設計過程。這器件集成了輸入欠壓檢測、軟啟動及過載檢測等眾多特性。測試結果顯示,NCP1252提供極高的工作能效和極低的待機能耗,適合UC38xx替代、ATX電源、適配器及其它任何要求低待機能耗的應用。
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