基于LM5025的大功率有源箝位逆变电源

基于LM5025的大功率有源箝位逆变电源

 

　　本文简单论述了有源箝位的优点与工作原理。介绍了NS公司最新推出的有源箝位专用控制芯片LM5025，并基于LM5025设计了控制电路。在此基础上设计了一个功率达2800W的大功率逆变电源。

　　正激变换器由于拓扑的简单性，被广泛的应用在电源行业，但是变压器开关关断时需要磁复位。一般都是用第三复位绕组、RCD箝位电路以及LCD缓冲器等，但是由于这几种复位方式都有其自身的缺点导致正激变换器不适用于大功率和高频场合。

　　以前，由于有源箝位专用IC较少，实现起来比较困难，限制了有源箝位的广泛应用。近年有源箝位与同步整流的结合，更是大大促进了有源箝位在低电压输出场合的应用。随着国际上相关专利的到期以及专用IC的发展，有源箝位的技术必将得到越来越广泛的应用。本文在此基础上，利用NS最新推出的有源箝位专用芯片LM5025研制了一台单相220V输入，输出为24V/120A的大功率逆变电源。

　　由于有源箝位变压器的激磁电压是双向矩形脉冲，且其工作于B-H曲线的一三象限，磁感应变化量△B=2Bm,所以其铁心的利用率高【2】。下面基于AP法来设计有源箝位逆变电源的变压器，选用2KB系列EE型铁氧体磁芯，其饱和磁通密度Bs=510mT,剩余磁通密度Br约为110mT。实际工作磁感应强度Bm＝1/3Bs＝170mT，导线电流密度J取300A/cm2,窗口使用系数Ko取0.4，波形系数Kf取4,频率fs=25KHz,输入电压为300±40V,最大占空比为0.6，变压器变比为5，实际变压器

　　本次设计采用了NS公司最新推出的电压模式的有源箝位专用芯片LM5025,其输入工作电压从13V到100V，由内部偏压调整器取代了外部偏压调整器，用户可编程振荡器频率可达1MHz,独特的栅极驱动技术使得驱动电流可达3A,可以直接驱动大功率的MOSFET。LM5025还带有可调滞后的用户编程的欠压锁定电路和双模式过流保护电路，同时还有变压器最大伏秒积限制和振荡器同步性能。

　　

　　LM5025还有信号同步功能，外部时钟信号最低可以比内部振荡器低20％，最高没有限制；如果将Rt接至REF脚，则内部振荡器完全不起作用，同步时钟信号没有限制，输出完全由外部时钟控制；若不需外部同步的话要将SYNC接地，防止外部干扰信号。

　　LM5025既可以用于N沟道有源箝位也可以用于P沟道有源箝位，当用于P沟道时是要进行重迭时间设定，此时Rset要接

 

　　LM5025还有欠压锁定功能，把Uin经分压以后接至UVLO脚，保证在输入电压允许范围内UVLO脚的电压都大于2.5V，一旦此脚电压低于2.5V，LM5025锁定，处于待命状态，因而也可以通过UVLO脚实现对变换器的远程关断/开通控制。

　 

　　LM5025继承了UCC3580等有源箝位控制芯片的变压器最大伏秒积限制功能。也可以用来限制最大占空比，当Uin通过Rff给Cff充电达到内部参考电压2.5V时，将会关断主开关管，Cff内的电荷在Ton结束时或其达到2.5V时被内部的FET放掉，哪一个事件先发生就以哪一个为准。其中关系为在确定了Tonmax和Uin以后，选定一个Cff，就可以求出Rff，Cff的取值范围一般在100pF到1000pF之间。

　 

　　LM5025具有两种电流保护模式CS1和CS2，一旦通过电流传感器反馈在CS1脚电压超过0.25V，控制器将会停止当前的驱动信号（也就是逐周期电流保护模式）；若是反馈到CS2脚的电压超过0.25V，控制器也会停止当前的驱动信号，并且给软启动电容Css放电至零，之后限制充电电流为1uA，在Css充电到大约1V时开始输出第一个触发脉冲，再然后充电电流恢复到20uA，这也就是所谓的打嗝模式，一般在变换器严重过流时使用。