El convertidor de puente completo síncrono y modulado en fase se dirige a aplicaciones aisladas de alta potencia

En los equipos de red y telecomunicaciones, las fuentes de alimentación proporcionan salidas aisladas de baja tensión a partir del raíl de alimentación de 48 V, con los requisitos adicionales de alta eficiencia (para reducir la disipación de calor) y baja altura de los componentes. Estos requisitos son aún más difíciles de cumplir a medida que aumentan los niveles de potencia, debido a la correspondiente disipación de potencia de los componentes y al mayor tamaño de los transformadores. Las topologías sencillas de alimentación están dando paso a enfoques más complejos de una y dos etapas que se centran en el uso de transformadores y semiconductores.

Uno de estos enfoques, el convertidor de puente completo modulado en fase, es una opción popular para las fuentes de alimentación de alta potencia. Desgraciadamente, hasta ahora no ha habido ningún controlador que ofrezca tanto la flexibilidad del control de la temporización como las características (como las salidas de los rectificadores síncronos) para manejar una variedad de aplicaciones de alta potencia. El nuevo controlador de modo de corriente LTC3722-1 está diseñado específicamente para resolver estos problemas, proporcionando un controlador completo para los convertidores de puente completo de alta potencia modulados en fase.

Las figuras 1 y 2 muestran una entrada de 36V-72V a una alimentación aislada de 12V a 35A utilizando el LTC3722EGN-1 (SSOP de 24 obleas) y los drivers de lado alto LTC4440. El diseño de bajo perfil incluye MOSFETs de potencia montados en superficie y transformadores planares (de menos de 0,4" de altura) configurados en paralelo/serie. Con una entrada de 48V, este circuito tiene una eficiencia típica a plena carga (35A) del 93%. La placa de circuito que se muestra en la Figura 1 mide 3" × 5" y, con un flujo de aire de 200 pies lineales por minuto, permite el funcionamiento a plena carga de una entrada de 48V a una temperatura ambiente de 50°C sin necesidad de utilizar un disipador de calor. La superficie real de la placa de circuito impreso puede reducirse aún más (según el flujo de aire y la temperatura ambiente) cuando se utiliza como parte de una placa de sistema grande.

Incluso con una salida de 12 V, los rectificadores síncronos reducen la disipación de energía en los rectificadores secundarios. Aquí se ha elegido la salida de 12 V porque es una buena tensión de bus intermedia, pero el circuito se puede modificar fácilmente para adaptarlo a otras tensiones de entrada o salida. Por ejemplo, las aplicaciones que no requieren toda la gama de tensiones de entrada o una regulación estricta podrían optimizar aún más el uso de transformadores y semiconductores, aumentando así la eficiencia.

La puesta en marcha del circuito en la Figura 2 comienza con la carga lenta de C14 a través de R29 y la unión base-colector de Q41 hasta que la V_EN alcanza los 10,2V (la tensión del regulador interno de derivación). Suponiendo que la clavija de bloqueo por subtensión (UVLO) esté por encima de un umbral de 5V, comienza la conmutación. C14 mantiene la V_EN por encima de su umbral de desconexión de 6,0 V hasta que un bobinado de polarización en T4 (con D12, D14 y L4) tome el relevo. U4 y U5 proporcionan la traducción de nivel para los dos interruptores del lado alto. Los pines OUTE y OUTF de U2 proporcionan señales de sincronización a los rectificadores de salida, al transformador de accionamiento de la puerta T5 y al controlador de la puerta LTC1693. El bucle se cierra con U3, la referencia programable LT1431 y el optoacoplador ISO1.

El funcionamiento del convertidor de puente completo modulado en fase es similar al de un convertidor de puente completo convencional, en el sentido de que la energía se suministra cuando se encienden los interruptores diagonales. Se diferencia en que, durante la parte en vacío del ciclo de conmutación, los interruptores superiores o inferiores del puente permanecen encendidos. Así se recupera la energía parásita y las transiciones de encendido de tensión cero de los interruptores primarios. El LTC3722-1 puede configurarse para proporcionar un control de retardo adaptativo (con un retardo de tiempo programable) o fijo para el funcionamiento de conmutación de tensión cero. En el modo adaptativo de DirectSense^™ el tiempo de encendido se ajusta automáticamente detectando las tensiones de transición en las patas del puente, eliminando los ajustes externos. Esto proporciona una sincronización precisa de la transición a cero voltaje con los cambios en la tensión de entrada, la carga de salida y las parásitas del circuito. También está disponible el control de retardo fijo (o manual), lo que permite establecer retardos de transición fijos o incluso esquemas de temporización dinámicos personalizados. El LTC3722-1 también cuenta con una temporización ajustable del rectificador síncrono.

El nuevo controlador de modo de corriente LTC3722-1 ofrece una serie de características para aplicaciones de puente completo aislado de alta potencia, incluyendo un control de temporización flexible, salidas de rectificador síncrono, bloqueo por subtensión, compensación de pendiente programable y supresión del borde de ataque en modo de corriente.