探索LTC3725/LTC3726：高效100W隔离式正激转换器的设计与应用

在电子工程师的日常工作中，电源转换器的设计是一个关键且具有挑战性的领域。今天，我们将深入探讨Linear Technology的演示电路1300A - C，它采用LTC3725/LTC3726构建了一款100W隔离式正激转换器，具备同步整流功能，在性能、效率和尺寸方面都有出色表现。

文件下载：DC1300A-C.pdf

一、电路概述

演示电路1300A - C是一款采用LTC3725/LTC3726的100W隔离式同步整流正激转换器。其设计目的是展示在谐振复位正激转换器电源中使用这两款芯片所能达到的高性能、高效率和小尺寸解决方案。该电路工作频率为250kHz，能在9 - 36V的输入电压范围内输出稳定的15V、6.7A电压，适用于汽车、工业等多种应用场景。它具有四分之一砖的尺寸，同步整流技术使其效率超过90%。同时，次级侧控制消除了复杂的光耦反馈，在最小输出电容的情况下实现了快速的瞬态响应。

二、性能参数

1. 输入输出参数

• 输入电压范围：9 - 36V，典型最小启动电压为9.3V。
• 输出电压：稳定的15V。
• 输出电流范围：最大可达6.7A。
• 开关频率：250kHz。
• 输出纹波：在输入电压为18V、输出电流为6.7A（20MHz带宽）时，输出纹波为50mVP - P。

2. 效率与调节

• 输出调节率：在输入电压9 - 36V、输出电流0 - 6.7A的范围内，输出调节率为±0.04%。
• 效率：在输入电压为18V、输出电流为6.7A时，效率可达89%。

3. 隔离与尺寸

• 隔离电压：基本隔离为1500Vdc。
• 尺寸：组件面积为2.3 x 1.45 x 0.47英寸。

三、工作原理

1. 控制器分工

• LTC3725：作为单开关正激控制器，用于初级侧，提供启动、栅极驱动和保护功能。当输入电压施加时，LTC3725开始对输出电压进行软启动。
• LTC3726：作为次级侧同步正激控制器，在启动完成后接管控制。它通过一个小脉冲变压器向LTC3725提供定时信息和偏置电源。当次级偏置源达到欠压阈值时，LTC3726开始工作，并通过T2向LTC3725发送编码的PWM栅极脉冲，这些脉冲还能在较宽的输入电压范围内高效地提供初级偏置电源。

2. 控制转换

从初级控制到次级控制的转换发生在标称输出电压的一小部分时。此后，电路的操作和设计简化为一个简单的降压转换器。次级控制消除了延迟，抑制了大信号过冲，并减少了满足瞬态响应要求所需的输出电容。

3. 输入滤波

输入侧的可选LC滤波级可降低输入电流的均方根值。为确保稳定性，滤波器的输出阻抗必须小于转换器的输入阻抗，这可能需要一个阻尼阻抗。在DC1300A上，在滤波器谐振频率处具有50mOhm或更高等效串联电阻（ESR）的电源是为滤波器元件提供阻尼的一种方法。对于台架测试，在输入端子添加一个电解电容器（如三洋50ME470AX）可以提供合适的阻尼和纹波电流能力。所选值的滤波器谐振频率低于转换器的开关频率，从而避免滤波器中出现高循环电流。

四、快速启动步骤

1. 电源设置

将能够提供9 - 36V电压的输入电源设置为18V，然后关闭电源。

2. 散热设置

为了在满载下持续运行，需要以200lfm的气流吹过设备。

3. 连接输入电源

在电源关闭的情况下，将电源连接到输入端子 +Vin 和 -Vin。注意，输入电压低于9V可能会由于LTC3725/LTC3726的欠压锁定功能而导致转换器无法启动。如果需要进行效率测量，可以在输入电源中串联一个能够测量7Adc的电流表或电阻分流器，以测量DC1300A的输入电流；同时，可以在输入端子上放置一个能够测量至少36V电压的电压表，以准确测量输入电压。

4. 开启输入电源

开启输入电源，但要确保输入电压不超过36V。

5. 检查输出电压

检查输出电压是否为15V，然后关闭输入电源。

6. 连接负载

在确定输出电压正确后，将一个能够在15V下吸收6.7A电流的可变负载连接到输出端子 +Vout 和 -Vout，并将电流设置为0A。如果需要进行效率测量，可以在输出负载中串联一个能够处理6.7Adc的电流表或电阻分流器，以测量DC1300A的输出电流；同时，可以在输出端子上放置一个能够测量至少15V电压的电压表，以准确测量输出电压。

7. 再次开启输入电源

如果没有输出，暂时断开负载，确保负载设置不过高。

8. 调整负载并观察参数

在再次确定输出电压正确后，在工作范围内调整负载，并观察输出电压调节、纹波电压、效率等所需参数。

在测量输出电压纹波时，要特别注意避免示波器探头使用过长的接地引线。应将探头尖端和接地环直接跨接在最后一个输出电容上进行测量。

五、其他输出需求参考

对于不同的输出要求，还有其他相关的演示电路可供选择。例如，DC1300A - A/B可提供5V@20A / 12V@8.4A的输出；DC1174A A/B/C可提供5V@10A / 12V@4.2A / 15V@3.3A的输出。对于电信输入要求，DC1031A - A/B/C可提供2.5V/3.3V/5V@20A的输出，DC1032A - A可提供12V@12A的输出，DC888A - A/B/C可提供3.3V@50A / 5V@35A / 12V@20A的输出。

通过以上对LTC3725/LTC3726 100W隔离式正激转换器的介绍，我们可以看到它在性能、效率和设计灵活性方面都有很多值得关注的地方。大家在实际设计中，是否遇到过类似电源转换器设计的挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。同时，该电路板的设计文件可联系LTC工厂获取，希望能为大家的设计工作提供更多便利。