有源前位技术的发展及应用.doc

有源箝位技术的发展及应用 有源箝位正激电路技术虽然已经历十余载，且发展到二次侧新的有源箝位专利第二代及第三代，然而最具有创造力，最有应用价值的仍为第一代初级侧的有源箝位技术。自从八十年代末以来，VICOR产品的有源箝位ZVS软开关正激拓扑，现在仍旧广泛应用。但到二十一世纪，其应用的着眼点已从软开关走向磁芯的复位，并扩展占空比，以提高磁心的利用率。这里将两个典型的P沟MOSFET箝位及N沟MOSFET箝位电路列出，见图1，图2。 图1 P沟MOSFET有源箝位正激DC/DC变换器参考电路 图2 N沟MOSFET有源箝位正激DC/DC变换器参考电路 其控制IC典型都采用UCC3580这是一个Bi CMOS的电压型有源箝位控制IC。此外也可以采用UC3843+SD7558来低成本地组合一个有源箝位控制系统。此为电流型。 然而，今年美国三家公司又都先后推出了新的控制IC。这就是TI公司的UCC2891~2894，ONSEMI公司的NCP1560以及国家半导体公司的LM5025。此外，ONSEMI公司还设计了一颗高压有源箝位控制IC,型号为NCP1280。这几款有源箝位主控制IC的主要改进之处在于因采用DMOS技术，都可直接接高压（100V ）启动，而NCP1280可以直接接到425V高压。此外，还都同时设法控制好二次侧的同步整流。以大幅度提高DC/DC的转换效率。有源箝位的着眼点不仅为了实现软开关，减少开关损耗。而且还为了减少磁能损失，更好地实现磁芯复位，扩展可用占空比。 我们首先讨论LM5025，这是2003年12月才正式面市的产品，它的原理方框图如下，技术上主要进步点在于： 图1 LM5025原理方框图 DMOS组成高压恒流源，给出Vcc，继而给出5V基准电压，同时控制逻辑给出过压，欠压锁定，用以保护IC 。外部Vcc处接足够电容，启动以后再由辅助绕组供给Vcc足够能量。 两输出的死区间隔（或重叠间隔）时间用一外接电阻调整，若用N MOSFET复位则将电阻接至Vref。用P MOSFET箝位则接至GND。 因其采用电压型控制，所以伏秒积箝制采用R.C元件从Vin接R至RAMP再接C至GND。 其过流保护采用了新方式，从电流互感器取样以后，CS1电平永远高于CS2电平。CS1电平达到0.25V进入逐个电流限制的工作方式，而CS2电平达到0.25V时，将会关闭输出驱动，并重新启动IC的软启动功能。 两输出驱动同时可以通过小变压器或高速光耦去驱动二次侧的同步整流，以便实现大于5V的输出，而3.3V以下输出为简单方便则仍采用自驱动式同步整流。图2给出一典型LM5025的应用电路。 图2 LM5025组成的有源箝位DC/DC变换器电路 下面我们再讨论TI公司新出品的UCC2891~2894，它选择了电流型控制方式，图3为其方框电路。 图3 UCC2891~2894 IC 原理方框图 其与老式UCC3580相比（电压型）主要改进如下： UCC2891，2893为高压DMOS恒流源供电启动，直接接高压源，UCC2892，2894则仍为低压控制 它选用RTon及RToff两端子外接电阻改变IC的最大占空比调节,这样可准确地按需要调整。 选用Rdel调节两输出之间的死区时间，以确保磁芯复位。 过流保护选择典型电流型的峰值电流模式。为此还设置了斜波补偿端子，Rslop。 误差放大器都采用了由光耦的光电三极管倒相之后接FB端的直接反馈，省去了初级侧的放大器补偿问题。 两种应用方式都由图4给出，UCC2892/94，能更有效地进行过压保护及欠压保护。图5给出一个实际电路，同样二次同步整流采用低输出电压自驱动方式，高输出电压时，通过高速光耦由两输出分别控制整流MOSFET(forword)及回流MOSFET(freewheel) 图4 UCC2891~94两种设置方式 图8,9 UCC2891用于100W DC/DC实际电路图 该图同时给出同步整流的两种控制方式。 下面我们给出安森美公司的NCP1560控制IC及应用，NCP1560采用电压型工作模式。 图6为其原理方框图。 图6 NCP1560 IC内部工作原理方框图 NCP1560的技术特色在于： 内部高压启动，可接于100V以下高压端子启动。 两输出之间的死区或重叠由TD端外界一电阻调节。 线路欠压过压保护，只用一个端子外接两电阻由内部窗口比较器实现，简单，元件少。并有高速电压前馈。 设置了两种过流保护方式，一种是逐个周期电流限制方式，另外一种是周期跳跃模式，这种方式可以使NCP1560掌握既安全又维护性能的方法。输出在短路故障检测出来90ns后即动作。而逐个周期电流限制方式系在CS端电压