諧振式變換器采用零電壓開關(guān)(ZVS)和諧振能量傳遞技術(shù)，可減少高頻電磁干擾，實(shí)現(xiàn)90%以上的高效率(高于傳統(tǒng)的PWM)和更小的體積，而且散熱少，電源轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)對(duì)諧振拓?fù)涞呐d趣近來在增加。本半橋式轉(zhuǎn)換器方案基于L6598諧振控制器，可用于許多電源領(lǐng)域，如適配器、電視、顯示器、通訊機(jī)和汽車收音機(jī)。

方案特點(diǎn)

諧振式變換器效率都在90%以上，所需的功率MOSFET功率小，變壓器的體積也更小，整個(gè)方案體積小，散熱少，工作壽命長(zhǎng)。

與非諧振式變換器相比，普通拓?fù)涞陌霕蜃儔浩魍ㄟ^容性分配網(wǎng)絡(luò)連接于主DC總線，饋送給變壓器的電壓是循環(huán)的，即0-負(fù)、負(fù)-0、0-正、然后再返回到0……其主DC總線的連接如圖1所示。

圖1. 普通半橋變換器的變壓器連接

諧振式變換器植入了一個(gè)“外部”電感，這樣在容性分配網(wǎng)絡(luò)和外部電感器之間產(chǎn)生了諧振，疊加了主變壓器已經(jīng)有的漏電感，其原理見圖2。

圖2. 諧振式變換器的變壓器連接

本設(shè)計(jì)的三個(gè)頻率分別為：Fstart = 300kHz，F(xiàn)min = 70kHz，F(xiàn)r = 35kHz。必須注意的是，300kHz(Fstart)已經(jīng)非常接近驅(qū)動(dòng)器的最大工作頻率。

圖3. 150W半橋式DC-DC轉(zhuǎn)換器方案電路圖

作為方案的核心，L6598高壓諧振控制器片上集成了諧振變換器與600V高壓半橋驅(qū)動(dòng)器，可以最少的電路元件執(zhí)行和控制諧振和SMPS。在半橋拓?fù)渲?，L6598提供壓控振蕩器(VCO)、檢測(cè)運(yùn)算放大器(OP AMP)、兩個(gè)帶使能(Enable)輸入的比較器、控制邏輯、高/低端驅(qū)動(dòng)器、自舉驅(qū)動(dòng)器和欠電壓封鎖及軟啟動(dòng)電路等功能。

L6598電源電壓Vs的啟動(dòng)閾值為10.7V，啟動(dòng)電流為250μA，靜態(tài)工作電流是2mA。在提供的電壓達(dá)到閾值之前，兩支外部半橋的功率MOS將驅(qū)動(dòng)器的低阻抗槽路切斷。隨著供電進(jìn)入正常，電路開始運(yùn)行，在第一個(gè)半周期中高邊驅(qū)動(dòng)器有效，所以升壓電容將充滿電荷。振蕩器是一個(gè)電壓控制振蕩器，在Rfmin和Rfstar端選擇合適的阻值，可以找出最低和最高工作頻率的限制。

芯齊齊BOM分析

作為能量轉(zhuǎn)換裝置，本方案將能量從整流線路傳送到負(fù)載，關(guān)鍵元器件包括變壓器、外接電感、電容分配網(wǎng)絡(luò)、功率開關(guān)，以及L6598控制IC、TL431穩(wěn)壓源、PC817光耦等。

圖4. 150W半橋式DC-DC轉(zhuǎn)換器方案BOM表

芯齊齊BOM分析顯示，本方案主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，即將能量從整流線路傳送到負(fù)載，這將涉及一些關(guān)鍵元器件，包括變壓器、外接電感、電容分配網(wǎng)絡(luò)、功率開關(guān)。這里，我們采用了來自Epcos的N67材質(zhì)的ETD34變壓器，制造商產(chǎn)品編B66361G1000X187，核心材質(zhì)級(jí)別N87，電感因子153nH，有效磁路長(zhǎng)度78.6mm。

L6598控制IC集成了諧振變換器與600V高壓半橋驅(qū)動(dòng)器，有效減少元器件數(shù)量，簡(jiǎn)化了高效電源設(shè)計(jì)。L6598封裝為DIP16，最高結(jié)溫為150℃，工作環(huán)境溫度為-40℃至+150℃。

PC817是線性光耦元件，隔離電壓達(dá)5000V，增加了安全性，減小了電路干擾，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

TL431是可控精密穩(wěn)壓源，最大輸入電壓為37V，最大工作電流150mA，基準(zhǔn)電壓2.495V(25°C)，輸出電壓最高到40V，可編程輸出電壓2.495V~36V，電壓參考誤差±0.4%，低動(dòng)態(tài)輸出阻抗0.22Ω，封裝形式SOT-89。TL431在很多應(yīng)用中可代替穩(wěn)壓二極管，例如數(shù)字電壓表、運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源、開關(guān)電源等。

審核編輯：湯梓紅