基于LM5025的有源箝位模块电源设计

1  引言

　　当今，由于模块电源具有体积小、效率高、可靠性高、使用方便等优点，已广泛使用于航空航天、机车舰船、军工兵器、邮电通信、和科研实验等社会生产和生活的各个领域，尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。中小功率的模块电源一般使用单端正激电路，然而由于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt和di/dt大，EMI问题难以处理。 为了克服这些缺陷，文献[1]提出了有源钳箝位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了dv/dt和di/dt，改善了电磁兼容性。因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。

　　2  主电路工作原理

　　有源箝位电路通常由有源器件(或称箝位开关)和箝位电容串联而成，并联在主管或变压器原边绕组两端。在主功率开关管关断期间，由箝位电容将主开关管两端电压嵌位在一定数值水平上，基本保持不变，使主开关管避免承受过高的电压。

　　在正激变流器中采用有源箝位技术，即有源嵌位正激电路，还可以实现变压器磁芯磁通的自动复位，无需另加复位措施；并可使激磁电流沿正反方向流通，使磁芯可以在磁化曲线的第一和第三象限运行，提高了磁芯的利用率。同时，该复位技术和其他复位方式相比，电路还具有如下两个优点:

　　（1）由于它的复位电压可以自动调节，所以占空比可以大于50%，非常适合Brike DC/DC的宽范围要求；

　　（2）正激有源箝位电路变压器上是完整的方波，能很自然的给副边两个同步整流管提供简单有效的自驱动的方案。

　　本文采用的电路拓扑如图1所示，增加了辅助开关Sa（带反并二极管）和储能电容Cs，以及谐振电容Cds1、Cds2，且略去了传统正激变换器的磁恢复电路。开关S和Sa工作在互补状态。为了防止开关S和Sa共态导通，两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。由于变压器上为完整的方波，副边两个同步整流管采用变压器自驱动方案。

　　3  控制芯片选择

　　LM5025是一款有源钳位专用的PWM变换器，其内部驱动器可驱动P沟道或N沟道钳位开关。LM5025有两路控制输出：主功率驱动(OUT_A)输出和有源钳位驱动(OUT_B)输出。有源钳位输出可以设定重叠时间（P沟道开关管）或死区时间（N沟道开关管）。两路驱动输出具有良好的驱动性能，即可驱动MOS管，也可驱动双极晶体管。除此以外，还有以下优点：

　　（1）高压启动稳压器

　　LM5025内部有一个高电压启动稳压器，允许VIN直接连接输入电压。稳压器最大输出电流为20mA。VCC端电压达到7.6V，内部5V基准电压建立，控制器开始工作。当VCC低于6.2V或在输入欠压锁定状态时，控制器关断。在典型应用中，辅助绕组通过二极管连接到VCC端，该绕组必须使VCC电压高于8V，以关断内部启动稳压器。用辅助绕组给VCC供电，不仅提高了效率，而且降低了控制器的损耗。