基于LT3573隔離型反激式DC-DC開關電源的設計

自從1994年單片開關電源問世以來，為開關電源的推廣和普及創造了條件。開關電源的使用涉及到各種電子電器設備范疇，如程控交換機、通訊、電子測試設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促使了開關電源技術的迅速發展。各種新技術、新工藝和新器件如雨后春筍般，不斷問世，使得開關電源的使用日益普及。開關電源高頻化是其發展的方向，從最初的20kHz提高到今朝的幾百kHz甚至幾兆赫茲，高頻化帶來開關電源的小型化。目前，開關電源正朝著高效節能、安全環保、小型化、輕便化方向發展。

2LT3573簡介

LT3573是一種單片開關穩壓器件，專為隔離型反擊式拓撲結構而設計。在隔離型反激拓撲結構中，變壓器原邊電路要時時感知到副邊輸出電壓的變化信息，以便維持輸出電壓穩定。在以往的電路拓撲結構中，經常采用光電耦合器件或者另外新增變壓器繞組，來得到輸出電壓反饋信息。光電耦合器件存在的問題是：①耗費輸出功率；②成本新增，電路結構便得復雜；③有限的動態應和、器件非線性、老化等，都會帶來麻煩。

另外若新增變壓器或變壓器繞組，無形就會使變壓器物理尺寸變大，成本新增，其動態應和也不如何好。而LT3573則無需外接光電耦合器件或第三繞組，其特有的內置反激誤差放大器，在二次側繞組電流為零時，反激誤差放大器開始取樣輸出電壓信息，筆直從變壓器原邊的反激電壓波形測試輸出電壓的變化信息，自動維持輸出電壓的穩定性，這也是此IC設計的亮點之所在。反激電壓由于RFB和Q2的用途，變換成電流，這個電流幾乎全部流過電阻RREF，形成反饋電壓，進入反激誤差放大器，并與其1.22V的參考電壓進行比較，以便后續電路能調整開關管的占空比，達到穩定輸出電壓的目的，如圖1所示。

圖1LT3573內部拓撲結構框圖

一個1.25A、60V的NpN型功率開關管以及全部控制邏輯單元都集成到一個16引腳MSOp封裝的LT3573內部。極大地簡化了該集成塊使用的外圍電路設計工作，在3V~40V的輸入電壓范圍內工作，最大輸出功率值可達7W。可使用于要隔離型電源的眾多范疇，比如工業、醫療、數據通信、汽車使用、低功率poE和VoIp電話接口等。

LT3573工作于邊界模式，與對等的繼續傳導模式設計相比較，邊界模式工作準許使用較小的變壓器。

3鉗位電路的設計

變壓器漏感Lsl（無論原邊還是副邊），如圖2所示，會在原邊引起一個電壓尖峰出現。當輸出開關封閉后，這個尖峰隨著更高的負載電流越來越尖，這就要選擇能量吸收網絡消耗掉漏感中儲存的能量。在大多數情況下，要用緩沖電路，以戒備過壓擊穿輸出開關節點。所以，變壓器漏感應盡量減少。

選擇吸收網絡鉗位反激開關電壓尖峰。由于開關變壓器的漏感出現的電壓尖峰，反激電壓可由下式計算：

（1）

其中：VF—變壓器二次側整流二極管D2正向壓降；

ISEC—變壓器二次側電流；

ESR—二次回路的總阻抗；

NpS—變壓器有效的原副邊匝數比；

VOUT—輸出電壓。

這個電壓和輸入電壓之和（VIN+VFLBK）筆直加到了功率開關管Q1的集電極上，容易造成功率開關管Q1的二次擊穿而損壞。為了鉗位電壓尖峰值在開關管的額定值以內，最常用RCD吸收電路，使得開關管關斷期間，儲存在漏感中的能量轉移到吸收網絡電容C1里，并且最終消耗在電阻R1上，如圖2所示。

圖2RCD吸收電路圖

這里的鉗位二極管D1開關速度要足夠快，否則，開關管關斷瞬間，漏感尖峰無法及時傳遞到電容C1上而會在開關管Q1集電極出現瞬間高壓，如圖3所示。因此，肖特基二極管通常是最好的選擇。

圖3開關管Q1集電極電壓波形示意圖

一旦鉗位二極管D1開通，漏感電流就會被C1吸收，吸收時間不得長于150ns，如圖3所示的tSp0.7V且1.25V時，內部電路將開啟并且有10μA電流將輸入SS引腳。

電路仿真各個關鍵電位的波形如圖5所示。從波形圖上可以驗證，邊界模式每個周期讓二次側電流歸零，這樣寄生電阻的電壓降不會導致負載穩定性誤差。電路可穩定輸出5V直流電壓，0.5A的直流電流，額定功率達到2.5W。輸入電壓為12V時，開關管Q1最大電壓應力約28V，符合預定設計目標。

圖5電路仿真關鍵點波形

6結束語

此種電路設計的亮點在于沒有使用光電耦合器件，或變壓器，或變壓器繞組，而是靠測試開關管集電極電壓波形來穩定輸出電壓，簡化了外圍電路，既戒備了電路額外的功率損耗，同時又新增了電路的可靠性。

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