LM5036 este un controler PWM cu jumătate de punte extrem de integrat, care integrează o sursă auxiliară de polarizare pentru a oferi o soluție de densitate ridicată a puterii pentru convertoarele de telecomunicații, datacom și industriale. LM5036 include toate funcțiile necesare pentru a implementa un convertor de putere cu jumătate de punte topologie folosind controlul modului de tensiune. Dispozitivul este potrivit pentru partea primară a unui convertor izolat DC-DC cu o tensiune de intrare de până la 100V. Comparativ cu controlerele tradiționale semi-pod și full-bridge, LM5036 are propriile sale avantaje de neînlocuit:

(1) Sursă integrată de polarizare auxiliară pentru alimentarea LM5036 și a componentelor primare și secundare fără alimentare auxiliară externă, reducând dimensiunea și costul plăcii, permițând o densitate mare de putere și o bună fiabilitate termică.

(2) Performanța îmbunătățită de pornire pre-polarizare permite creșterea monotonă a tensiunii de ieșire și evitarea curentului chiuvetei la pornirea sarcinii.

(3) Limita de curent ciclu-ciclu îmbunătățită prin potrivirea impulsurilor pentru a produce un nivel limită uniform de curent de ieșire peste domeniul de tensiune de intrare și, de asemenea, pentru a preveni saturația transformatorului.

bazat

Mecanism de protecție a limitei de curent adaptat la puls

Probleme și soluții de limitare a curentului constant:

În timpul funcționării ciclu cu ciclu, operația de limitare a curentului CBC este activată atunci când semnalul de detectare a curentului ISENSE atinge un prag pozitiv IPOS_LIM. Controlerul prezintă în esență controlul modului curentului de vârf cu bucla de tensiune deschisă în timpul funcționării CBC. O problemă obișnuită cu controlul modului curentului de vârf este oscilația subharmonică care apare atunci când ciclul de lucru al unei topologii pe jumătate de punte este mai mare de 0,25 (convertor de 0,5 buck).

Regula generală este de a adăuga o rampă de compensare a cărei pantă trebuie să fie setată la cel puțin jumătate din panta în jos a curentului inductor de ieșire care este convertit în partea primară de către rezistorul de detectare a curentului. Dacă doriți să eliminați oscilațiile subarmonice după un ciclu de comutare, trebuie să setați compensarea pantei pentru a dubla panta curentului inductorului de ieșire. Aceasta se numește controlul deadbeat.

Cu toate acestea, o altă problemă apare după adăugarea compensării pantei. Nivelul limită de curent variază în funcție de tensiunea de intrare, așa cum se arată în figura de mai jos. Datorită diferitelor amplitudini de compensare a pantei la diferite tensiuni de intrare, nivelul limită de curent actual variază în funcție de tensiunea de intrare dată pragului limită de curent intern. Un astfel de mecanism face ca toleranța limitată a curentului de ieșire săracă. Este necesară o marjă de proiectare mai mare, rezultând o densitate de putere redusă.

LM5036 asigură o funcționare CBC stabilă prin potrivirea numărului de tone de MOSFET primar. Pragul limită de curent de vârf este ajustat de VIN pentru a se asigura că limita curentului de ieșire variază cu tensiunea de intrare. Toate aceste caracteristici sunt setate de trei pini CS și rezistențe externe asociate. Valorile acestor rezistențe pot fi calculate utilizând tabelul de calcul al proiectării LM5036. Atât curenții pozitivi, cât și cei negativi (cauzând căderea tensiunii de ieșire sau chiar deteriorarea) vor fi detectați și limitați.

Dispozitivul LM5036 a dezvoltat o nouă tehnologie - compensarea tensiunii de intrare. Prin adăugarea unui semnal suplimentar în funcție de tensiunea de intrare peste semnalul de detectare a curentului și semnalul de compensare a pantei, valoarea limită de curent poate fi minimizată pe întregul interval de tensiune de intrare, rezultând o limită de putere de ieșire mai precisă, maxim Pragul pentru evitarea puterii de ieșire variază în funcție de tensiunea de intrare. În dispozitivul LM5036, semnalul de compensare a pantei este semnalul curent din dinte de ferăstrău ISLOPE, care crește de la 0 la 50μA (tipic) la frecvența oscilatorului (dublul frecvenței de comutare).

Semnalul de detectare a curentului compensat poate fi acum derivat ca:

Partea stângă a figurii de mai jos prezintă circuitul extern al limitei de curent ciclu cu ciclu LM5036 și implementarea internă a LM5036.

Imaginea din dreapta arată compoziția semnalului de simț curent. Se poate observa că LM5036 nu numai că detectează curentul direct în detecția curentului, ci și mărește valoarea curentului detectat de curent prin rezistorul RLIM extern și sursa de curent intern VLIM, lăsând astfel un spațiu de măsurare pentru a detecta curentul invers și setați pragul de curent invers. În același timp, deoarece semnalul VIN al tensiunii de intrare este introdus în senzorul de curent, curentul de detectare conține informații despre tensiunea de intrare. Acest lucru permite menținerea pragului de curent într-un interval mic pe întreaga gamă de intrare de tensiune.

În același timp, LM5036 are un mecanism de potrivire a impulsurilor care menține echilibrul fluxului transformatorului principal în timpul funcționării ciclu cu ciclu. Raporturile de funcționare ale MOSFET-urilor principale superioare și inferioare sunt întotdeauna potrivite pentru a asigura echilibrul tensiunii volt-secunde ale transformatorului, prevenind în mod eficient transformatorul să se satureze.

Metoda de potrivire a pulsului este prezentată în figura de mai jos. Când limita de curent este atinsă în prima fază, semnalul FLAG din interiorul LM5036 trece de la cel mai mic la cel mai mare. Semnalul RAMP este eșantionat pe marginea ascendentă a semnalului FLAG și apoi rămâne la valoarea sa originală de eșantionare pentru următoarea jumătate a fazei MOSFET din partea înaltă. Când semnalul RAMP cu fază înaltă crește peste valoarea eșantionată, pulsul PWM cu partea înaltă este oprit, ceea ce determină în cele din urmă să se potrivească ciclurile de funcționare ale celor două faze.

În protecția la supracurent, LM5036 și controlul convențional DC/DC sunt ambele în controlul de tensiune oprită și intră în modul de control al curentului. Cu toate acestea, în modul curent, tensiunea de intrare este introdusă datorită adăugării compensării rampei. În acest moment, limita superioară a controlului convențional va varia în funcție de tensiunea de intrare. Cu toate acestea, în LM5036, deoarece detectarea curentului detectează și valoarea tensiunii de intrare, influența conversiei tensiunii de intrare poate fi eficient eliminată prin control intern. În același timp, în protecția la supracurent, dacă curentul de detecție ating pragul, LM5036 poate asigura coerența timpului de pornire a tuburilor superioare și inferioare prin potrivirea impulsurilor, evitând astfel riscul de saturație a transformatorului.

LM5306 poate intra în modul sughiț în timpul protecției la supracurent. Perioada sa poate fi configurată de un condensator extern pe pinul RES. În plus față de modul tradițional de sforăit supracurent, LM5036 acceptă, de asemenea, protecția modului de sforăit invers. Când se repetă curentul invers, LM5036 poate intra și în modul sughiț. Setați o sursă de curent de 15μA la condensatorul de repornire.

Început pre-părtinitor:

În absența unei porniri pre-polarizate complet controlabile, SR pe partea secundară se poate închide prematur pentru a scădea curentul de la condensatorul de ieșire preîncărcat, trecându-l la intrare, ceea ce duce la o scădere a tensiunii condensatorului. Dacă căderea de tensiune cauzată de acest proces este prea mare, aceasta poate determina repornirea sarcinii sau chiar deteriorarea etapei de putere a convertorului de putere. Așa cum se poate vedea din figura de mai jos, există o cădere de tensiune și o depășire a tensiunii de ieșire în timpul pornirii, fără ajustarea pre-polarizare.

LM5036 dispune de o nouă schemă de pornire pre-polarizată complet reglementată pentru a asigura creșterea monotonă a tensiunii de ieșire și pentru a evita curentul invers. Procesul de pornire pre-bias aici include în principal partea MOSFET primară și partea secundară SR soft start.

Pornire rapidă anticipată a FET-ului principal (așa cum se arată în diagrama secvenței de pornire a sistemului din figura următoare):

  1. Tensiunea de intrare VIN crește odată cu creșterea tensiunii aplicate extern. Odată ce VIN> 15V și VCC/REF este mai mare decât pragul UV, va porni sursa secundară de alimentare auxiliară VAUX2 generată de Fly-buck. Aici, pe lângă furnizarea sursei de alimentare componentelor de pe partea secundară, VAUX2 participă și ca semnal de activare în procesul de pornire pre-polarizare.

  1. Când UVLO depășește 1,25 V și VCC/REF este peste pragul UV, condensatorul de pornire soft conectat la pinul SS începe să se încarce. Când tensiunea de prag SS TH (conform setărilor de proiectare), în acest moment, este activat un circuit de resetare care descarcă referința tensiunii de ieșire VREF, astfel fixând valoarea VREF la masă. Acest lucru asigură că optocuploarea produce o comandă de ciclu de funcționare de 0%. Când UVLO depășește 1,25 V și VCC și REF sunt peste pragul UV corespunzător, condensatorul de pornire soft începe să se încarce și tensiunea pinului SS începe să crească.

  1. Când Vcomp> 1V (corespunzător unui ciclu de funcționare de 0%), ciclul de funcționare al FET primar începe să crească (Vo crește). În același timp, condensatorul de rectificare sincronă SR cu soft-start pin URSS începe să se încarce.

Proces de pornire ușoară a părții secundare SR:

  1. Înainte de URSS> = 1V, LM5036 funcționează în modul SR SYNC, așa cum se arată în următoarea pictogramă numărul 3. În acest moment, SR este complet sincronizat cu FET-ul principal. Funcțiile principale sunt: ​​1) Ajută la reducerea pierderii de conducere a SR; ) Evitați riscul curenților inversi.

  1. Pe măsură ce lățimile primare ale impulsurilor FET și SR cresc treptat, Vo crește treptat. Această creștere treptată a lățimii impulsului previne efectiv interferența tensiunii de ieșire datorită diferenței de cădere de tensiune între dioda corpului și SR Rdson.

  1. Pe măsură ce tensiunea URSS crește, când URSS> 1V, LM5036 începe pornirea ușoară a perioadei de roată liberă SR.

  1. SR1 și SR2 sunt pornite simultan în timpul rotirii libere.

  1. La sfârșitul perioadei de roată liberă SR, pe marginea ascendentă a ceasului master, SR este legat de starea FET-ului principal din următoarea perioadă de transfer de energie. Aceeași fază continuă să fie deschisă, iar corelația este întreruptă. (Așa cum se arată în figura de mai jos, SR1 și HSG sunt în fază, SR1 rămâne deschis la marginea ascendentă a clk-ului principal pe data de 5 și SR2 rămâne oprit din cauza defazării, iar ultima jumătate este inversată. )

  1. La sfârșitul perioadei de transfer de energie, FET-ul principal și SR-ul în fază sunt oprite simultan. La sfârșitul pornirii soft, impulsul SR va fi complementar FET-ului principal corespunzător.

Datorită procesului de pornire soft de pre-polarizare laterală secundară, rampa secundară de tensiune de referință laterală poate fi controlată eficient, iar SR este activat numai atunci când nivelul de referință VREF este mai mare decât tensiunea de ieșire. Acest lucru asigură că SR nu absoarbe energia condensatorului de ieșire pe parcursul întregului proces de pornire și, în mod natural, nu există scurgeri ale tensiunii condensatorului. Așa cum se arată în figura de mai jos, pe parcursul întregului proces de pornire soft, tensiunea de ieșire rămâne în creștere monotonă, ceea ce asigură faptul că circuitele digitale din sistem încep să funcționeze în ordinea corectă.

Vă rugăm să rețineți că atunci când proiectează un convertor DC/DC cu LM5036, utilizatorul nu trebuie să ia în considerare acest proces de pornire pre-polarizare, deoarece aceasta este o funcție complet controlată a LM5036 în sine.

Sursă auxiliară integrată:

Pentru driverele cu jumătate de punte, sistemul necesită o sursă de polarizare separată și mai multe componente atunci când nu există o sursă auxiliară externă. Tensiunea de polarizare secundară secundară nu poate fi ajustată cu ușurință pentru a controla procesul de pornire ușoară a sistemului. Prin urmare, aici este necesară o sursă de alimentare externă separată și mai multe componente, care vor ocupa în cele din urmă o zonă mare a plăcii.

Așa cum se arată în figura de mai sus, SW_AUX este ieșirea Fly-buck, L3 este inductanța laterală de ieșire a circuitului Buck, C36 este capacitatea laterală de ieșire, R22 și R23 sunt rezistențe de divizare a tensiunii de feedback și R24, C34 și C35 -3 ondulație. Injectați circuitul. Când utilizați instrumentul de calcul, introduceți mai întâi câteva informații de bază despre sursa de alimentare auxiliară, frecvența, valoarea curentului de încărcare și valoarea inductanței. Selecția corespunzătoare a condensatorului poate fi calculată.

Pentru rezistențele FB, componentele electronice ale rezistențelor FB corespunzătoare pot fi calculate din tensiunile etapelor frontale și posterioare ale Flybuck, așa cum se arată în tabelul circuitului de reacție auxiliară.

În ceea ce privește selectarea parametrilor circuitului de injecție RCC, există trei selecții diferite de circuite în tabelul de calcul. După selectarea TIPUL-3, valoarea tensiunii de ondulare țintă și valoarea curentului de ondulare pot fi introduse pentru a calcula valoarea de rezistență RCC corespunzătoare. . Aici, valorile Cac și Rr sunt în general fixe, iar Cr poate fi selectat în funcție de valoarea calculată.

Figura de mai sus prezintă regulile de aspect ale tabloului de evaluare de referință bazat pe LM5036. Partea superioară este circuitul de filtrare de intrare, circuitul de jumătate de punte, rectificarea sincronă de ieșire și circuitul de filtrare de ieșire. Partea inferioară este componentele cheie din jurul LM5036, circuitul de alimentare auxiliară și circuitul de reglare a buclei de feedback. Sursa de alimentare auxiliară utilizează o amprentă foarte mică pentru a obține un efect multiplicator. Sursa de alimentare cu cărămidă de 200W care se găsește în mod obișnuit în industrie folosește de obicei un aspect de cărămidă 1/8. Datorită integrării ridicate a LM5036, sursa de alimentare de 200W este acum disponibilă pe module de cărămidă 1/16 și aceeași putere poate fi obținută pe o zonă mai mică de dispunere a PCB-ului.