陈　楠，　兰中文，　柴　治，　孙　科，　余　忠(.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都60054；2.国网四川省电力公司技能培训中心输配电线路培训室，四川成都6；.四川大学计算机学院，四川成都60064)

基于LTC3765/LTC3766的有源钳位正激变换器

陈楠1,2，兰中文1，柴治3，孙科1，余忠1
(1.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都610054；2.国网四川省电力公司技能培训中心输配电线路培训室，四川成都611133；3.四川大学计算机学院，四川成都610064)

LTC3765与同步整流驱动芯片LTC3766配合使用，克服了传统有源钳位正激变换器磁心易饱和的缺点，组成了优秀的有源钳位正激变换器，可以适应多种应用需求。介绍了LTC3765/LTC3766芯片组的功能和电路设计过程，通过理论分析和实验结果验证了所设计电路的可行性。

变换器；有源钳位正激；同步整流

DC/DC变换器作为开关电源的核心，是将一种直流电源变换为另一种具有不同输出特性的直流电源。由于DC/DC变换器具有容易控制、运行稳定、工作效率高等优点，在日常生活、工业和国防等方面均有着广泛的应用[1]。

正激变换器是应用非常广泛的一种隔离型DC/DC变换器，特别适用于中小功率场合[2-3]。有源钳位正激变换器则是正激变换器中性能较佳的一种，其复位时间的利用率较高，开关管的电压应力较低，占空比可以大于50％，具有很强的宽范围适应性。另外，由于次级同步整流技术的应用以及一定程度的软开关优势，有源钳位正激变换器成为中小功率DC/DC变换器的较佳候选拓扑[4]。然而采用传统方式的有源钳位正激变换器，一旦输入电压或输出负载出现大的波动，变压器就很容易出现饱和，进而导致整个变换器失效。本文介绍了基于凌力尔特第二代芯片组LTC3765/LTC3766设计的一种新型有源钳位正激变换器，该变换器具有有源钳位复位和直接磁通量控制技术(direct flux limit)，可确保在任何情况下杜绝电源变压器饱和现象的发生，在保持优异瞬态响应性能的同时又可提高

1 原理与设计

1.1系统工作原理

本文以LTC3765/LTC3766芯片组为核心控制部件，设计了一款工作频率fsw在240 kHz，输入电压Vin为16～36 V，输出电压Vo为5 V，输出电流Io为12 A的DC/DC变换器。LTC3-765是一款主端智能控制器，与LTC3766配合使用时，可构成简单的自启动隔离变换器。启动后，LTC3765通过小型脉冲变压器从LTC3766副端控制器接收时钟信号并对电源施加偏置。副端控制将控制中心置于负载附近，从而确保输出电压和电流可靠控制，同时提供了极快的瞬态响应[5]。

1.2变压器设计

为了达到更高功率密度和更高效率，平面变压器选用Pulse公司变压器。选择成品系列变压器时主要考虑两点：(1)隔离要求；(2)功率等级要求。功率等级方面，选择的变压器功率等级必须大于目标设计的输出功率等级，留有一定的裕量，因为在产品运行当中，电子系统的功率需求会不断增加。

变压器次级绕组Ns可以通过式(1)计算：

变压器的初次级匝数比为：

对照Pulse公司的磁心资料，选取该公司PA08xx系列的磁心型号。该系列磁心的横截面积Ac为0.59 cm2，Bm为0.2 T，最大占空比Dmax为0.65，VD为导通压降0.5 V。通过式(1)得出Ns=1.76匝，这里选取次级匝数为2匝，初级匝数Np=4。最终确定选用Pulse公司PA0806型号的平面变压器。

1.3输出滤波电感设计

输出滤波电感的设计实质上和Buck变换器输出电感的设计一样。对于一个确定了输入电压和输出电压的方案，输出电感的电感值和电路工作频率决定了纹波电流的大小：

在标称输入电压下，设置合理的纹波电流起始值为ΔIL= 0.3Ioutmax。最大的纹波电流值发生在最大输入电压的时候。由此可知当ΔIL=3.6 A时，输出滤波电感值由式(3)可得：Lo=4 mH。选用Pulse公司的PA1494.442型号的输出滤波电感器。

1.4直接磁通量限制

在有源钳位正激变换器中，有必要建立对变压器磁通密度的精确限制，避免在负载转移或是启动进入预偏置输出时磁心饱和。虽然传统的有源钳位方式在稳态工作期间能够提供一个合适的复位电压，但是在响应预偏置输出时占空比的突然增加，亦或是负载变化都可以使变压器磁通累积或者转移，进而引起变压器的潜在饱和。

LTC3765和LTC3766构成的隔离正向转换器方案采用了一种新型独特的系统来监视和直接限制变压器磁心中磁通的累积。在一个复位周期中，当钳位开关管导通，励磁电流由一个连接至钳位开关管源极的电阻Rmag检测。此电阻上的电压由LTC3765上的引脚Ismag取样，如图1所示。假如检测出Ismag引脚上的电压低于－1 V，钳位开关管就关断。因此Ismag引脚直接监视并限制励磁电流以防止磁心在反方向饱和。

图1　变压器饱和电流检测原理

选择励磁电流检测电阻值来限制变压器饱和电流：

其中变压器饱和电流可以估算如下：

由以上两式选择精度为1％，封装0805，阻值为0.75 Ω的贴片电阻。

1.5过流检测及平均电流限制

当LTC3766使用电流检测电阻方式时，IS+和IS－引脚端工作在差动模式，最大峰值电流阈值约为75 mA。通常情况下，电流检测电阻被放置在整流MOSFET管的源极，如图2。通常情况下，为了对IS+和IS－引脚的噪声过滤，需要加入一个滤波网络。图2中的滤波网络在消除引脚端口噪声的同时，基本上不影响当前的环路响应。

图2　电流检测电阻检测电流

这个滤波器也有助于校正检测电阻的寄生电感(ESL)所带来的影响。如果RC滤波器如式(6)选择，则ESL的效果影响可被忽略。

由于LTC3766实现了平均电流限制架构，选择电流检测电阻Rsense1应基于所需的平均电流限制值ILIM(AVG)：

综上所述，滤波网络中RFL1=100 Ω，CFL1=470 pF，器件选择如LTC3765中过流检测滤波电路。电流检测电阻Rsense1=4 mΩ，选用封装2512的贴片合金电阻。

1.6小型脉冲变压器选取

LTC3765/LTC3766构成的有源钳位正激变换器用一个小型的脉冲变压器取代了光耦隔离器，作为次级控制器LTC3766和初级侧栅极驱动器之间的通信链路，如图3所示。此外，LTC3765还包含一个桥式整流器，其从脉冲变压器提取偏置功率，然后用它来驱动初级MOSFET的栅极。

图3　脉冲变压器连接电路原理

小型脉冲变压器的匝数比设定为：

图3中的C3和C1电容器用于阻断和恢复直流电平信号，分别取值1、0.1 μF。在LTC3765的IN+/IN－输入端口的RC缓冲器必须尽量减少由于脉冲变压器的漏电感引起的振铃。其中，C2=220 pF，电阻R=100 Ω。

2 实验结果

模块电源的实物展示如图4。

图4　模块电源实物

图5是变换器主开关管的栅极驱动波形(1通道)和漏源端(DS)的波形(2通道)。从实验波形中可以看出，主开关管关断以后，钳位电路很好地将主开关管上的反向电压钳位住了，主功率开关管上的电压应力因而减小，这充分体现了有源钳位电路对开关器件应力要求低的优点。

图5　主功率开关管的栅极驱动和DS端波形

图6是电源模块的效率测试曲线，其中图6(a)是在16、28、36 V输入电压下，电源模块随着负载变化而表现出来的效率曲线。电源模块在典型输入电压28 V、输出电流7.01 A时最高转换效率为93.5％。在典型输入电压28 V、满载下(Io=12 A)的变换器效率为92.4％。图6(b)是电源模块在满载时不同输入电压下的效率曲线。输入电压36 V时的转换效率大于16和28 V时的转换效率，可以推断出最大输入电压36 V时，由于实现了零电压开关，开关管的损耗随着电压上升并不会明显增加，因此效率上升。

3 结论

LTC3765/LTC3766芯片组形成了一个相对简单的有源钳位隔离型正激变换器，其独有的直接磁通变压器限制功能，能可靠地保护变换器并实现快速瞬态响应，同时还减少了组件数。与传统DC/DC变换器相比，LTC3766实现了一种独特的平均电流限制电路，该电路通过监视输入和输出电流以及输出电压，并进行快速和逐周期纠正，以保持平均输出电流的恒定。LTC3765/LTC3766有源钳位正激变换器为高可靠性应用提供了前所未有的灵活性，非常适合于电信、数据通信和工业中的应用。

图6　电源模块效率曲线

[1]陈坚.电力电子学[M].北京：高等教育出版社，2002:208-215.

[2]潘尚志，钱照明，雷娜.一种通用的新型单/双正激型直流变换器电路仿真平均模型[J].中国电机工程学报，2001，21(6):58-62.

[3]张方华，王慧贞，严仰光．推挽正激整流及其应用[J]．中国电机工程学报，2004，24(4):168-173.

[4]顾亦磊，吕征宇，钱照明.中小功率系统集成DC/DC标准模块的一族候选拓扑[J].中国电机工程学报，2005，25(10):45-49.

[5]HAUG B.一种易于建立的高性能、高可靠性隔离式电源[J].今日电子，2012，10:42-44.

Active clamp forward converter based on LTC3765 and LTC3766

CHEN Nan1,2,LAN Zhong-wen1,CHAI Zhi3,SUN Ke1,YU Zhong1
(1.State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu Sichuan 610054,China;2.Transmission and Distribution Line Training Department,Skills Training Center of State Grid Sichuan Electric Power Company,Chengdu Sichuan 611133,China;3.College of Computer Science,Sichuan University,Chengdu Sichuan 610064,China)

Core saturation of traditional active clamp forward converter was overcome by LTC3766,a synchronous rectifier driver chip together with LTC3765.Excellent active clamp forward converter was constituted by these two chips,which could meet a variety of application needs.The features of LTC3765/LTC3766 and the circuit design process were described.The feasibility of the circuit design was proved by both the theoretical analysis and the experimental results.

converter;active clamp forward;synchronous rectifier

TM 46

A

1002-087 X(2016)01-0189-03

2015-06-12

陈楠(1987－)，男，四川省人，硕士研究生，主要研究方向为开关电源控制技术。

兰中文，教授，博士生导师，E-mail：zwlan@uestc.edu. cn；柴治，E-mail：chaizhi_6392@qq.com。变换器整体运行的稳定性。