作者：美國國家半導(dǎo)體公司電源產(chǎn)品市場部戰(zhàn)略市場經(jīng)理 donald ashley 通信基礎(chǔ)設(shè)備使用的各種電源系統(tǒng)元件有很多種，從前端的功率因子校正 (pfc) 交流/直流電源到后端的高效直流/直流模塊（塊）和負載點 (pol) 轉(zhuǎn)換器都有�，F(xiàn)代通信直流/直流電源的應(yīng)用，從需要很高效率的中間總線式轉(zhuǎn)換器 (ibc)，到那些日趨細小輕巧的語音 ip (voip) 數(shù)字電話，以及要求多路緊密調(diào)節(jié)電壓（7 路至 13 路輸出）的數(shù)字用戶線 (xdsl) 電源等，范圍很廣泛。

     中低功率應(yīng)用（15w-100w)通常使用低成本的單端正向或回掃拓撲結(jié)構(gòu)來設(shè)計這些電源模塊，而推挽式、半橋和全橋拓撲結(jié)構(gòu)在功率更高的應(yīng)用 (100w-1000w+) 中很流行。中間總線架構(gòu) (iba) 是一種新型分布式總線標(biāo)準，它利用一種低成本的非穩(wěn)壓（開環(huán)）中間總線式轉(zhuǎn)換器 (ibc) 將 –48v 通信總線轉(zhuǎn)換到 +12v 中間總線，從而通過使用低成本的負載點(pol)模塊簡化板上電源設(shè)計。

     美國國家半導(dǎo)體公司最近發(fā)布了一系列新的高壓電源轉(zhuǎn)換數(shù)字特殊應(yīng)用集成電路（asic），即 lm5000 系列，該系列提供了多種脈沖寬度調(diào)制（pwm）控制器驅(qū)動器芯片組，用于這些最新而先進的電源系統(tǒng)設(shè)計中。這些芯片能承受高達 100v 的輸入電壓，滿足了通信系統(tǒng)電壓瞬態(tài)規(guī)范的應(yīng)力限制。它們工作于超過 1mhz的開關(guān)頻率，與現(xiàn)有的解決方案相比，提高了電源效率，并成為眾多電源應(yīng)用的基準。該系列從低成本的***率正向拓撲結(jié)構(gòu)（使用 lm5025 電壓模式有源鉗位pwm 控制器），到***率 iba 轉(zhuǎn)換器（使用 lm5033 半橋或推挽 pwm），再到最先進、功率最高的級聯(lián)式電流饋電拓撲結(jié)構(gòu)（由 lm5041 和 lm5100 控制器驅(qū)動器芯片組支持），覆蓋了所有的功率級別。

     新型 iba 電源系統(tǒng)方法需要兩級轉(zhuǎn)換：首先是非穩(wěn)壓隔離級，然后是多個緊密調(diào)節(jié)的負載點板上安裝的直流-直流電源模塊。隔離級（稱作中間總線轉(zhuǎn)換器）的拓撲結(jié)構(gòu)一般是開環(huán)、非穩(wěn)壓、自由運行“直流變壓器”，被選擇用來隔離和降低總線電壓，同時保證低成本和高功率轉(zhuǎn)換效率（大于 95%)。雙輸出 lm5033 pwm 控制器和 lm5100 半橋驅(qū)動器構(gòu)成一個理想的芯片組解決方案，能將這些中間總線轉(zhuǎn)換器設(shè)計中需要的外部元件成本和數(shù)量降至最低。 圖 1 以典型的通信電源總線轉(zhuǎn)換器設(shè)計中的 lm5033/lm5100 芯片組為例，在該設(shè)計中，40-60v 輸入總線電壓通過一個隔離變壓器，向下轉(zhuǎn)換至 10-15v 中間總線電壓，并分配至下游安裝在板上的負載點模塊中。通過維持lm5033 雙控制器的輸出在一個恒定的 50% 占空比，實現(xiàn)了最高的電源效率，這樣做降低了開關(guān) fet 和同步整流器上的電流和電壓應(yīng)力，同時改善了變壓器的線圈使用率。

     圖 1 lm5033 中間總線轉(zhuǎn)換器

     圖中文字的譯文：input voltage — 輸入電壓 iba 兩級架構(gòu)的競爭對手是更傳統(tǒng)、使用回歸或正向拓撲結(jié)構(gòu)的單級隔離電源。與那些用于iba 方法的緊密調(diào)節(jié)負載點模塊相比，這些電源雖然提供了富有競爭力的成本和電源效率，但很難在多個輸出維持良好的穩(wěn)壓。

     與標(biāo)準的正向轉(zhuǎn)換器相比，有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器提供了更高的效率，而且在***率應(yīng)用 (50-200w) 中更受歡迎。有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器部署了一個有源復(fù)位 fet 和電容器，在損耗最低的情況下使核心復(fù)位。鉗位電容器捕獲磁化能量和釋放能量，并把它們返回源極，從而提高了電源轉(zhuǎn)換效率。 圖 2 描繪了典型的48v 單級通信電源設(shè)計中的 lm5025 有源鉗位正向控制器，其工作輸入電壓范圍是 36 至 75v，額定輸出在 3.3v 時可高達 100w。該控制器的兩路輸出直接驅(qū)動 n 通道功率金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（mosfet）和 p 通道復(fù)位 mosfet。這兩路驅(qū)動器輸出的大小不同，主輸出產(chǎn)生較大的 3apk 門極驅(qū)動，其目的是迅速開關(guān)大功率 mosfet 以便降低開關(guān)損耗。復(fù)位 mosfet 的輸出要小得多，這是因為它只傳導(dǎo)磁化電流，因此門極驅(qū)動器的大小僅為 1apk。要實現(xiàn)最高的效率，兩路門極驅(qū)動器輸出之間的時序延遲就甚為關(guān)鍵，而 lm5025 控制器就具備了這樣的一個可編程功能。 對于輸出電壓較低的應(yīng)用方面，就有必要使用同步整流器以實現(xiàn)較高的整體電源效率。有源復(fù)位方案適合使用同步整流器，這是因為同步整流器可以直接通過次級變壓器自我驅(qū)動，如圖所示。

     圖 2 lm5025 正向有源鉗位轉(zhuǎn)換器

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