El posregulador síncrono del lado secundario proporciona un control de precisión y una alta eficiencia para las fuentes de alimentación aisladas de salida múltiple

Muchas aplicaciones de telecomunicaciones, servidores y otras requieren una fuente de alimentación aislada con múltiples tensiones de salida, pero mantener una regulación estricta para todas las tensiones de salida puede ser un dolor de cabeza para el diseñador de la fuente de alimentación. Tradicionalmente, se utiliza un regulador lineal para cada salida auxiliar, pero la eficiencia de un regulador lineal puede ser muy baja, lo que limita su uso a aplicaciones de baja corriente de salida. Una alternativa al regulador lineal es utilizar un convertidor buck como posregulador. Este método puede dar una mayor eficiencia, pero la fuente de alimentación necesita un inductor y un condensador de salida más grandes si el posregulador se conecta en cascada a la salida principal; o necesita un rectificador, un inductor y un condensador adicionales antes del posregulador si se utilizan varios devanados secundarios. La etapa de conversión de potencia y los componentes adicionales aumentan las pérdidas de conducción. Otra opción es utilizar un regulador magnético de poste de amplificación. La eficiencia de un post regulador magnético puede ser alta, especialmente para aplicaciones de corriente baja y media, pero suele ser baja para aplicaciones de corriente alta. Además, su complejo montaje y su escasa regulación a baja carga hacen que no sea una solución perfecta. Una alternativa mejor es el diseño de un post regulador con el nuevo LT3710.

El controlador LT3710 aporta simplicidad, alta eficiencia y control preciso a las aplicaciones de potencia aislada con múltiples salidas. El LT3710 es un regulador de conmutación reductor síncrono especial con controladores MOSFET de doble canal N. Se utiliza como controlador del postregulador síncrono del lado secundario de alta eficiencia para generar una salida auxiliar fuertemente regulada directamente a partir de la tensión del devanado secundario del transformador rectificado. Este esquema minimiza el tamaño del inductor de salida y de los condensadores en la etapa de salida principal. El LT3710 es un regulador de modo de tensión de frecuencia constante con protección de límite de corriente programable y una frecuencia de conmutación de hasta 500KHz. Debido a la modulación en el borde de ataque, funciona bien con un bucle de control de salida principal que utiliza el control en modo de corriente o el control en modo de tensión.

Los bloques funcionales básicos del LT3710 incluyen un amplificador de tensión para el control de retroalimentación, un generador de rampa sincronizado con el impulso de conmutación del lado secundario, un comparador PWM con modulación de flancos, un amplificador de límite de corriente y controladores MOSFET de alta velocidad.

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La figura 1 muestra un circuito de aplicación simplificado del LT3710 y las principales formas de onda. La etapa principal de potencia de salida es un convertidor directo. El LT3710 regula la salida auxiliar VOUT2. El circuito del LT3710 se parece a un convertidor buck síncrono, salvo que la entrada es una tensión pulsada rectificada del devanado secundario del transformador de potencia.

Figura 1: Diagrama de aplicación simplificado y formas de onda clave

En funcionamiento normal, un ciclo de conmutación comienza en tel flanco descendente de la tensión secundaria del transformador rectificado V1. Se activa una rampa interna para iniciar un nuevo ciclo de conmutación PWM, apagando el MOSFET superior Q1 (interruptor de control) y encendiendo el MOSFET inferior Q2 (interruptor síncrono). De t a la1los interruptores de control de los dos convertidores principales (QP) y el circuito LT3710 (Q1) están "desconectados" A t1la tensión secundaria del transformador rectificado V1 va al estado alto. Durante el periodo (t1 a la2), el interruptor de control del inversor principal está "encendido" pero el interruptor de control del circuito LT3710 permanece "apagado" La corriente del interruptor primario IP es igual a la corriente reflejada del inductor principal de salida, IL1/N, donde N es la relación entre las espiras del primario y el secundario del transformador. De t a la2la tensión del nodo de conmutación V2 se mantiene cerca de cero y la corriente inductora auxiliar IL fluye hacia COUT2 y la carga a través de VOUT2. Este estado dura hasta que la señal de rampa PWM cruza la salida del amplificador de error de tensión, VAGOSTOa la2. El MOSFET superior Q1 se enciende y el MOSFET inferior Q2 se apaga. La tensión del nodo de conmutación V2 se eleva a la misma tensión que V1 y carga el inductor auxiliar. Durante el periodo t2 a la3los interruptores de control del convertidor principal y del circuito LT3710 están "encendidos". La corriente del interruptor principal IP es la suma de la corriente del inductor de salida principal reflejada y la corriente del inductor de salida auxiliar (IL1 + IL)/N durante esta etapa. Este estado termina en t3cuando la tensión secundaria del transformador rectificado V1 se convierte en cero, y comienza el siguiente ciclo de conmutación.

Hay un cambio de paso en la corriente del interruptor primario en t2 cuando se enciende el interruptor de control del circuito LT3710. La modulación del borde de ataque evita la inestabilidad del bucle incluso si se utiliza el control del modo de corriente de pico en el lado primario.

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El umbral de temporización del LT3710 es de aproximadamente 2,5V. El flanco descendente del secundario del transformador rectificado debe pasar por este umbral en cada ciclo. Para garantizar una buena sincronización, la frecuencia del oscilador interno del LT3710 debe ajustarse por debajo de la frecuencia de conmutación del sistema.

La salida auxiliar VOUT2 puede variar desde 0,8V hasta cerca de la tensión de salida principal VOUT1. La tensión VOUT2 puede determinarse mediante D2 - VSPdonde VSP es la amplitud de la tensión secundaria (VEN/N) y D2 es el ciclo de trabajo de la tensión del nodo de conmutación V2.

La figura 2 muestra una aplicación que utiliza el LT3710, en este caso una fuente DC/DC aislada de doble salida y alta eficiencia con un rango de entrada de 36V a 72V y salidas de 3,3V/10A y 1,8V/10A. La topología básica de la etapa de potencia es un convertidor directo de 2 interruptores con rectificación sincrónica. El controlador del lado primario utiliza un LT3781, un controlador de modo de corriente de 2 interruptores con controladores MOSFET integrados. En el lado secundario, un controlador de rectificación sincrónica LTC1698 proporciona retroalimentación de tensión para la salida principal de 3,3 V, así como el accionamiento de la puerta de los MOSFETs sincrónicos. La salida del amplificador de error del circuito principal de 3,3 V se introduce en el optoacoplador y luego se transmite al LT3781 en el lado primario para completar la regulación principal de 3,3 V. La salida auxiliar de 1,8 V está regulada con precisión por el circuito LT3710.

Figura 2a. Fuente de alimentación aislada de doble salida de 36V-72V CC a 3,3V/10A y 1,8V/10A

El circuito LT3710 también se encarga de limitar la corriente. El límite de corriente se puede programar mediante el valor de la resistencia sensora externa RSENTIDO (ver Figura 2b), a 70mV/RSENTIDO. Si no es necesario limitar la corriente, conecta a tierra el CL+ y CL-.

Figura 2b (continuación) Fuente de alimentación de doble salida aislada 36V-72V CC a 3,3V/10A y 1,8V/10A

Un transformador planar de Pulse Engineering actúa como transformador de potencia. Este transformador está construido sobre un núcleo PQ20 con nueve vueltas de bobinado primario, dos vueltas de bobinado secundario y siete vueltas de bobinado auxiliar para la alimentación de polarización del LT3781. Como la tensión máxima del devanado secundario VSP es de unos 16V, los MOSFET de 30V se eligen teniendo en cuenta que el rebasamiento de la tensión secundaria suele ser del 20-30% de VSP. En este diseño, se seleccionaron los MOSFET de canal N Si7892DP por su bajo RDS(ON)un V de 30VDSS y un PowerPAK compacto y térmicamente mejorado Paquete SO-8.

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Este circuito proporciona un aislamiento de entrada a salida de 1500V a una frecuencia de conmutación de 230KHz. Otras características son el control de encendido/apagado del lado primario, el ajuste de ±5% del lado secundario en la salida de 3,3 V, la protección contra la sobretensión de entrada, el bloqueo por subtensión y el apagado térmico de la placa. Todo el circuito está montado en una placa de PC estándar que tiene el tamaño de medio ladrillo y aproximadamente media pulgada de altura. La figura 3 muestra una imagen de la parte superior de la placa.

Figura 3. Fuente de alimentación aislada de doble salida de 36V-72V CC a 3,3V/10A y 1,8V/10A

La figura 4 muestra las formas de onda de la tensión de entrada del postregulador LT3710, la tensión del nodo de conmutación y la corriente del inductor con una entrada de 48V a salidas de 3,3V/10A y 1,8V/10A. La curva de eficiencia de este circuito se muestra en la figura 5. Con una entrada de 48 V y cargas completas en las salidas principal y auxiliar, la eficiencia total medida es de aproximadamente el 86%.

Figura 4: Formas de onda de la tensión de entrada del postregulador, del nodo de conmutación y de la corriente del inductor para una entrada de 48V a salidas de 3,3V/10A y 1,8V/10A.

Figura 5: Eficiencia en función de la corriente de carga para el circuito de la figura 2

La aplicación del LT3710 no se limita a las topologías de convertidor directo. También se puede utilizar con otras topologías aisladas derivadas del buck simple o doble, como los convertidores push-pull, de medio puente y de puente completo. La figura 6 muestra un circuito simplificado de convertidor push-pull utilizando el LT3710. El controlador del lado primario es un controlador de modulación de fase síncrona LTC1922-1. El lado secundario utiliza el LT1431, una referencia programable, para retroalimentar la señal de salida y conducir un optoacoplador. Los MOSFET secundarios pueden ser accionados por un LTC1693-1, que contiene dos controladores de MOSFET de alta velocidad de doble canal N. El LT3710 regula la salida auxiliar. Ten en cuenta que el circuito LT3710 funciona al doble de la frecuencia de conmutación del convertidor push-pull de salida principal, debido a la estructura secundaria de doble extremo. La mayor frecuencia de conmutación hace que el inductor L2 y el condensador de salida C2 puedan ser más pequeños. La figura 7 muestra una aplicación de puente completo con el LT3710.

Figura 6. Esquema simplificado de un convertidor push-pull con el LT3710

Figura 7. Esquema simplificado de un convertidor de puente completo con el LT3710

El LT3710 es un controlador de posregulador síncrono del lado secundario de alta eficiencia. Está diseñado para generar una salida auxiliar fuertemente regulada en fuentes de alimentación aisladas con múltiples salidas. El LT3710 proporciona una solución sencilla, de alta eficiencia y con ahorro de espacio para el post regulador, especialmente para aplicaciones de baja tensión/alta corriente.

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