基于NCP1252A和FAN6204的雙管正激電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

童西雄

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基于NCP1252A和FAN6204的雙管正激電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

童西雄1,2

（湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430068）

針對(duì)普通自驅(qū)式同步整流存在的電路復(fù)雜、效率不高、可靠性低等問題，討論了一種使用NCP1252A和FAN6204設(shè)計(jì)的具有輸出同步整流功能的雙管正激電路，分析了電路原理，給出了設(shè)計(jì)步驟，并將該電路成功用于某型雷達(dá)接收機(jī)電源，驗(yàn)證了分析、設(shè)計(jì)的有效性。

雙管正激 同步整流 NCP1252A FAN6204

0 引言

正激電路具有電路簡(jiǎn)潔，應(yīng)用廣泛。但由于不同輸入電壓及負(fù)載情況下，輸出續(xù)流管導(dǎo)通時(shí)間的不確定性，造成正激電路在實(shí)現(xiàn)同步整流時(shí)較為困難。目前較為常見的各種自驅(qū)式和外驅(qū)式正激同步整流電路不同程度的存在電路復(fù)雜、效率不高，可靠性低等問題。

此處運(yùn)用NCP1252A和FAN6204設(shè)計(jì)的具有輸出同步整流功能的雙管正激電路，較好的克服了目前各種自驅(qū)式和外驅(qū)式正激同步整存在的問題。在某型雷達(dá)接收機(jī)電源的設(shè)計(jì)中成功運(yùn)用該電路，效率高，紋波小，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。

1 工作原理分析

1.1 雙管正激原理分析

電源主電路采用了雙管正激的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)潆娐啡鐖D1所示：

圖1 雙管正激的拓?fù)潆娐?/p>

in 為輸入直流濾波電容，Q1 和Q2 為主功率開關(guān)管，D1、D2 和C1、C2 分別為Q1 和Q2 的內(nèi)部寄生的反并聯(lián)二極管和電容，D3、C3 和D4、C4分別為變壓器磁通復(fù)位二極管及其寄生的并聯(lián)電容，T為主變壓器，DR和DF為輸出整流及續(xù)流二極管，Lf和Co輸出濾波電感和電容。當(dāng)二個(gè)開關(guān)管Q1 和Q2 同時(shí)關(guān)斷時(shí)，磁通復(fù)位電路的二個(gè)二極管D3 和D4 同時(shí)導(dǎo)通，輸入的電流母線電壓Vin 反向加在變壓器的初級(jí)的勵(lì)磁電感上，初級(jí)的勵(lì)磁電感在Vin 作用下勵(lì)磁電流從最大值線性的減小到0，完成變壓器磁通的復(fù)位。

選用安森美公司的NCP1252A作為雙管正激的控制芯片。它具有一系列的優(yōu)勢(shì)，如：頻率抖動(dòng)、電流采樣前沿消隱、內(nèi)部斜坡補(bǔ)償、跳周期工作、自恢復(fù)輸入欠壓檢測(cè)等。

圖2 雙管正激續(xù)流整流的典型應(yīng)用電路

1.2 次級(jí)同步整流原理分析

飛兆公司的FAN6204采用了獨(dú)創(chuàng)的線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制技術(shù)，用于決定次級(jí)同步整流 MOSFET （正激電路中次級(jí)整流的續(xù)流管）的開通與關(guān)斷時(shí)序。該控制技術(shù)只需檢測(cè)變壓器繞組電壓和輸出電壓，無需檢測(cè) MOSFET 的電流，因此具有很高的抗噪性。該技術(shù)無需來自初級(jí)端的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因而減少了外部器件數(shù)量，簡(jiǎn)化PCB 布局。

1.2.1 線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制介紹

次級(jí)續(xù)流同步整流MOSFET 關(guān)斷時(shí)序由線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制確定，并且工作原理基于伏秒平衡定理。伏秒平衡定理表明，穩(wěn)態(tài)情況下開關(guān)周期中的電感平均電壓為零，因此充電電壓和充電時(shí)間的乘積等于放電電壓和放電時(shí)間的乘積。在反激中，勵(lì)磁電感的充電電壓為輸入電壓 (VIN)，而放電電壓為 n*OUT，如圖 3 中所示的典型波形。可得出下列等式：

IN*PM.ON=*OUT*L,DIS(1)

其中PM,ON為電感充電時(shí)間，L,DIS為電感放電時(shí)間。

FAN6204 使用具有兩組分壓器的 LPC 和 RES 引腳以分別感測(cè)繞組DET 電壓 (DET) 和輸出電壓 (OUT)；因此可獲得IN/、PM.ON和OUT。因此，次級(jí)續(xù)流處同步整流MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間L,DIS可由式 1 預(yù)測(cè)。如圖3所示，當(dāng)續(xù)流處同步整流 MOSFET體二極管開始導(dǎo)通且 DET 電壓下降至零時(shí)，續(xù)流處同步整流 MOSFET 會(huì)導(dǎo)通。通過線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制可關(guān)斷續(xù)流處同步整流MOSFET。圖 4 表明，線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制電路使用內(nèi)部時(shí)序電容 (CT) 生成轉(zhuǎn)換器勵(lì)磁電流的副本 (VCT)。使用內(nèi)部電容電壓，可間接檢測(cè)電感放電時(shí)間 (L,DIS)，當(dāng)CT放電至零時(shí)，SR 控制器關(guān)斷續(xù)流處同步整流MOSFET，從而實(shí)現(xiàn)同步整流過程。

圖3 反激方式下線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制的典型波形

2 電路實(shí)現(xiàn)

正激電路中，續(xù)流管的工作模式與反激電路中的輸出整流二級(jí)管工作模式類似。具體見圖5。我們根據(jù)上述原理分析，設(shè)計(jì)一個(gè)5 V/12 A的雙管正激同步整流電路。

圖4 線性預(yù)測(cè)塊原理框圖

2.1 雙管正激參數(shù)的計(jì)算

圖5 正激方式下線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制的典型波形

通過式2，我們可以得得出初級(jí)電感量。

輸出濾波電感的計(jì)算：電流紋波系數(shù)取0.15，MIN為最小占空比（發(fā)生在輸入電壓最高的情況下）,S為周期。則輸出濾波電感量為：

(3)

我們假定由C、輸出電容(out)及最大階躍負(fù)載電流(Δout)確定出Δout時(shí)的最大壓降(out)為250 mV，通過已知的公式，我們可以得到電容容值。

依據(jù)上述公式，并充分考慮電源的工作環(huán)境，變壓器選擇PQ2625，初次級(jí)匝比為31:2，初級(jí)電感量5.6 mH。濾波電感選用三個(gè)H125鐵粉芯磁環(huán)并繞，電感量＞17 μH。第一級(jí)濾波電容為6個(gè)470 μF并聯(lián)。

2.2 同步整流參數(shù)計(jì)算

參考圖2 ，LPC-EN必須大于LPC-TH-HIGH，因此 LPC 端分壓器1和2，應(yīng)該滿足下式：

考慮 LPC 和 RES (1~4 V) 的線性工作范圍，則：

(6)

考慮到分壓電阻和內(nèi)部電路的公差，分壓比 (K) 的取值為 5～5.5。最終取值為：1:120 k2:10 k；3:14.3 k；4:10 k。

3 實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)上述對(duì)輸出同步整流雙管正激電路的分析，依據(jù)某型雷達(dá)接收機(jī)對(duì)電源的要求(輸入250 V～350 VDC，輸出5 V/12 A)，設(shè)計(jì)如圖6所示電路并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)測(cè)滿載效率90.5%，輸出紋波為7 mV。達(dá)到了技術(shù)要求。測(cè)試波形如圖7～圖10所示。

圖6 電路原理框圖

圖7 初級(jí)電流取樣Isense波形

圖8 初級(jí)MOS的D、S端波形

圖9 同步整流驅(qū)動(dòng)波形

圖10 變壓器次級(jí)波形

4 結(jié)論

對(duì)NCP1252A和FAN6204的具有輸出同步整流功能的雙管正激電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)有關(guān)條件設(shè)計(jì)了電路參數(shù)，并用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，相對(duì)于普通正激同步整流電路，該電路具有電路簡(jiǎn)潔、效率高、紋波小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

[1] Adlsong . The defects in operation principle of dual switch forward converter based on ideal model and the analysis of practical operation principle.

[2] Thierry Sutto. 2 Switch-forward current mode converter.

Design and Experiment Research of Two?switch Forward Circuit Based on NCP1252A and FAN6204

Tong Xixiong

( Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

TN710

A

1003-4862（2017）03-0013-03

2016-12-15

童西雄（1977-），男，碩士。研究方向：電子工程。