逆變(bian)器的(de)(de)工作方式和原(yuan)理相(xiang)信(xin)大家都比較(jiao)熟悉了，我也是(shi)最近幾年在電(dian)源(yuan)網逆變(bian)論壇的(de)(de)引(yin)導(dao)才涉足這個(ge)圈(quan)子(zi)的(de)(de)。為什么說這是(shi)一個(ge)圈(quan)子(zi)呢？因為它有(you)著和其它開(kai)關電(dian)源(yuan)不同的(de)(de)“生(sheng)活區”。

近幾(ji)年火爆(bao)的(de)LED電源就像(xiang)生活(huo)在(zai)霧霾都(dou)市里的(de)北京人一樣，快節奏工作(zuo)的(de)同時也在(zai)不(bu)斷創新（減(jian)排），基本的(de)拓撲(pu)都(dou)是(shi)APFC+LLC或APFC+QR，隨著功率需求不(bu)斷提高，單級(ji)PFC架(jia)構(gou)的(de)也慢慢消(xiao)亡，上次還偶然看到(dao)了APFC+LCC產品。

一直(zhi)充(chong)實著民用市場(chang)的(de)充(chong)電器(qi)和適配器(qi)更是(shi)時(shi)(shi)刻與國際掛鉤，適應全電壓輸入的(de)同時(shi)(shi)，對效率和功耗的(de)要求也(ye)(ye)是(shi)不斷在(zai)更新，采(cai)用BUCK PFC+LLC+SR的(de)產品(pin)也(ye)(ye)偶(ou)爾浮現。

在這(zhe)些“其(qi)它(ta)開關電源”行業，近幾年出現的新(xin)方案(an)拓撲可(ke)謂是層出不(bu)窮：PSR、交錯(cuo)PFC、BUCK PFC、LCC、LLC……

連載目錄：

• 交錯控制電路詳解
• 輸入電壓溫控詳解
• 前級全橋驅動詳解
• 前級全橋升壓詳解
• 后級H橋變流詳解
• 后級H橋驅動詳解
• 整機輔助電源詳解

這幾天陸續(xu)把(ba)這些完成，歡迎大家(jia)關注(zhu)、收藏(zang)，不迷路(lu)。有(you)問題可以(yi)發評論，我會盡(jin)量回答(da)大家(jia)。

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交錯控制電路詳解

典型的PSR電路

  

典(dian)型的交錯PFC電路

   

典型的(de)BUCK PFC電路

  

典型的LLC電路

 

LCC電路架構圖

  

這些(xie)新的(de)拓撲你(ni)做過的(de)有多少？

再看(kan)看(kan)目前的逆變(bian)器行業，基(ji)本都還是用著(zhu)比行業工程(cheng)師(shi)平均年齡還老(lao)的方案和(he)拓撲，就像生活在深山(shan)區里的勤人一樣(yang)，有(you)著(zhu)自然(ran)的清(qing)新空氣（風光(guang)太陽能(neng)市場），有(you)著(zhu)不必(bi)創新而能(neng)持續的生活法則(ze)。

市場(chang)上千篇一律的(de)(de)(de)傳統(tong)推挽、傳統(tong)全橋(qiao)甚至工頻方案的(de)(de)(de)逆變(bian)器。是什么(me)阻礙了逆變(bian)器新(xin)技(ji)術的(de)(de)(de)發展？

是(shi)(shi)那(nei)幾(ji)十上(shang)百A的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)導致設計(ji)上(shang)的(de)(de)局限(xian)嗎？導致電(dian)(dian)流(liu)應力、功率裕(yu)量、損耗、偏磁(ci)=等設計(ji)上(shang)的(de)(de)困難？100A左(zuo)右的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)看(kan)起來是(shi)(shi)不小，但(dan)也不至(zhi)于恐怖吧。

其(qi)實我們日常(chang)經常(chang)接觸到這么大電(dian)(dian)流的產(chan)品，只是(shi)大家(jia)不(bu)覺得，電(dian)(dian)腦的主板CPU供電(dian)(dian)和顯卡的GPU供電(dian)(dian)電(dian)(dian)流都(dou)是(shi)100A+，甚至高達(da)幾百(bai)A。

目前據說有(you)顯卡(ka)單卡(ka)耗電(dian)(dian)800W的“電(dian)(dian)老虎級”專(zhuan)業顯卡(ka)，按照現在的GPU核心(xin)電(dian)(dian)壓1.0V來(lai)計(ji)算，GPU的供(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流有(you)700+A了\，雙(shuang)卡(ka)SLI電(dian)(dian)流高達1500A+，更恐怖的是普通主板已經(jing)支持4路的SLI，顯卡(ka)耗電(dian)(dian)流可以(yi)達到3000A+。 

某品牌(pai)主板(ban)的(de)37相供電（CPU供電32相交錯+CPU內置GPU供電3相交錯+VTT供電2相交錯。我一直在尋(xun)找(zhao)最適合(he)逆變器的(de)工作(zuo)拓撲(pu)，也做了(le)大量(liang)的(de)仿真(zhen)了(le)和(he)實驗。

目前(qian)大(da)家常(chang)用(yong)的多變壓器(qi)架(jia)構(gou)還是(shi)初級并聯次級串聯式的推挽(wan)架(jia)構(gou)，這種(zhong)架(jia)構(gou)在變壓器(qi)一致性存在偏差時的影響是(shi)不容忽視的，而變壓器(qi)幾乎不可能完全一致。

現在(zai)(zai)LED電(dian)(dian)源上用(yong)得火爆LLC架構又不適合逆(ni)變器(qi)輸(shu)入電(dian)(dian)瓶端的(de)寬范圍電(dian)(dian)壓，需與BOOST配合使用(yong)。最(zui)后還是想到(dao)了電(dian)(dian)腦(nao)CPU和(he)GPU供電(dian)(dian)電(dian)(dian)源交錯(cuo)控制，回想起(qi)來10年前的(de)電(dian)(dian)腦(nao)主板CPU供電(dian)(dian)就(jiu)是3-4相(xiang)交錯(cuo)式BUCK控制的(de)，現在(zai)(zai)高端主板的(de)CPU和(he)顯(xian)卡的(de)GPU供電(dian)(dian)都達到(dao)32甚至64相(xiang)交錯(cuo)供電(dian)(dian)了，顯(xian)卡單卡64相(xiang)交錯(cuo)，4卡3000A的(de)電(dian)(dian)流算下來每(mei)相(xiang)也就(jiu)10A多點了。

讓(rang)我不明(ming)白的(de)(de)是(shi)10年(nian)前就已經有交(jiao)錯(cuo)架構的(de)(de)拓撲在應用，雖然BUCK和全橋(qiao)是(shi)有區(qu)別，但交(jiao)錯(cuo)控制原理基本(ben)還是(shi)一樣的(de)(de)，為什么這10多年(nian)在電流應力也較大(da)(da)的(de)(de)逆(ni)變器行業沒有得到(dao)廣泛的(de)(de)應用呢？交(jiao)錯(cuo)控制使得再大(da)(da)的(de)(de)電流都不再恐怖了(le)(le)，如果使逆(ni)變器可以(yi)像顯卡組SLI一樣，實現直接并聯那就完美了(le)(le)。

接(jie)下來在(zai)交錯(cuo)推挽(wan)和交錯(cuo)全(quan)橋上也(ye)做了(le)些考量和選擇(ze)，即使是(shi)交錯(cuo)式推挽(wan)，還(huan)是(shi)無法避免不(bu)對(dui)稱導致的偏(pian)磁，所以(yi)準備(bei)先拿交錯(cuo)全(quan)橋來小(xiao)試牛刀。

多變壓器交錯式(shi)(shi)并(bing)聯與初級(ji)并(bing)聯次(ci)級(ji)串聯方式(shi)(shi)的對(dui)比(bi)，我會寫另(ling)外一篇(pian)文章。

 PWM控制IC首選還(huan)是大家熟知的(de)SG3525，在這里我選擇ST的(de)SG3525A。

 相比其他(ta)的控制(zhi)器，它(ta)的優點有：

1. 雙端最大(da)占空比可(ke)(ke)以達到98%（實際在30-35K的頻率下實測也的確可(ke)(ke)以達到97~98%之間(jian)），這點對開環效率影響還是比較可(ke)(ke)觀(guan)的，部分其他(ta)品牌(pai)的SG3525標稱卻(que)只有96%。

2. 有同步控(kong)制(zhi)(zhi)端，可直接級聯或(huo)交錯控(kong)制(zhi)(zhi)，省去了外(wai)置穩定(ding)的三角(jiao)波電路控(kong)制(zhi)(zhi)的麻煩(fan)。

3. 最大(da)工作頻(pin)(pin)率可以(yi)達(da)(da)到500KHz。規(gui)(gui)格(ge)書的首頁標稱的最大(da)工作頻(pin)(pin)率可以(yi)達(da)(da)到500KHz，當然實(shi)際(ji)測(ce)試也是(shi)(shi)可以(yi)達(da)(da)到的，只是(shi)(shi)需要加些外(wai)圍(wei)電路(lu)讓死區(qu)時間(jian)為(wei)0。在(zai)(zai)規(gui)(gui)格(ge)書的詳細參數中標稱卻(que)是(shi)(shi)400KHz，但在(zai)(zai)交(jiao)錯(cuo)控制時，同步端的輸入信號卻(que)又不(bu)支持500KHz，所以(yi)這(zhe)個(ge)500KHz真心覺得(de)是(shi)(shi)個(ge)忽悠，但這(zhe)對(dui)實(shi)現多(duo)相(xiang)級聯(lian)式(shi)交(jiao)錯(cuo)非常(chang)有用，400KHz實(shi)現一般的逆變器（30-35KHz 開(kai)關頻(pin)(pin)率）4相(xiang)交(jiao)錯(cuo)還是(shi)(shi)沒(mei)問(wen)題的。  

 先上交錯(cuo)控制(zhi)部分的(de)電路圖(tu)，說(shuo)說(shuo)交錯(cuo)的(de)核心。 

主路的PWM控制(zhi) 

副(fu)路的(de)PWM控制(zhi) 

本質(zhi)上2路PWM是可以部分(fen)主和(he)副的(de)(de)。但(dan)為(wei)了(le)節省(sheng)外置(zhi)運放(fang)反饋，利用其(qi)中一(yi)個(ge)PWM控制(zhi)器(qi)內部的(de)(de)運放(fang)作(zuo)為(wei)反饋。同時(shi)，為(wei)了(le)實現(xian)在輕載降頻(pin)的(de)(de)同時(shi)關閉其(qi)中一(yi)路PWM來減小待(dai)機功(gong)耗，所以在這里就分(fen)了(le)主副來區分(fen)。

 2路PWM的區別：

1. COMP端直接并聯

2. SS端分開

3. SD端分開(kai)，且主路SD直接(jie)屏蔽掉(diao)。

4. CT/RT/DIS同樣參與開關頻率的設(she)置。

5. 主路的(de)內部差分(fen)運放(fang)實現反(fan)饋，副(fu)路的(de)內部運放(fang)直接屏蔽(bi)掉(diao)。

 一個一個的區別來講解：

1. COMP端直接并聯。

先貼一(yi)張SG3525的(de)內(nei)部構(gou)造圖看看COMP端的(de)的(de)區域

 從這(zhe)里看，COMP端(duan)是內(nei)部差分(fen)運放(fang)的輸(shu)(shu)出端(duan)，由于采(cai)用的是主路(lu)的內(nei)部運放(fang)負(fu)反饋(kui)的方(fang)式，所(suo)以要讓副路(lu)的內(nei)部運放(fang)屏蔽的同(tong)時令其輸(shu)(shu)出高電位，通(tong)過負(fu)反饋(kui)下來(lai)來(lai)實現控制。

 再看(kan)看(kan)COMP端的詳細構造：

 在COMP端內(nei)部，并不是差分運放直接輸出到COMP，而是串(chuan)聯了(le)一只100R的電阻。

這(zhe)個電阻(zu)(zu)(zu)帶(dai)來的(de)(de)(de)問題是主負路(lu)的(de)(de)(de)TO PWM COMPARATOR會出(chu)現(xian)(xian)很(hen)小(xiao)的(de)(de)(de)差(cha)異(yi)，等效為(wei)主路(lu)是差(cha)分(fen)運放(fang)直接輸出(chu)到主路(lu)的(de)(de)(de)內部TO PWM COMPARATOR，而副路(lu)的(de)(de)(de)則需要通(tong)過1個100R的(de)(de)(de)電阻(zu)(zu)(zu)到達并聯的(de)(de)(de)COMP端后再通(tong)過1個100R的(de)(de)(de)電阻(zu)(zu)(zu)到達內部的(de)(de)(de)TO PWM COMPARATOR，2個100R的(de)(de)(de)電阻(zu)(zu)(zu)上會產生一個小(xiao)小(xiao)的(de)(de)(de)壓降，實際表現(xian)(xian)為(wei)在閉(bi)環狀態(tai)是主副路(lu)的(de)(de)(de)占空比會有很(hen)小(xiao)的(de)(de)(de)差(cha)異(yi)。但(dan)這(zhe)對準開環架構的(de)(de)(de)逆變器沒有任何影響。

當(dang)然，如果(guo)是(shi)做閉(bi)環架構，建議還是(shi)用(yong)外置運放來同時控制2路的COMP端，這樣能保持2路的PWM占空比盡量一致(zhi)（2個(ge)3525內部(bu)運放本身的誤差忽略的情況下）。

2. SS端分開

實(shi)際實(shi)驗在控制3525保護時，直(zhi)接控制SD端會導致(zhi)恢(hui)復時非常大的(de)(de)電流沖(chong)擊，從而導致(zhi)功率MOS瞬間(jian)炸(zha)管。原因是(shi)因為直(zhi)接關閉(bi)SD端后再次開啟時3525是(shi)直(zhi)接輸出最大占空比(bi)的(de)(de)，這個瞬間(jian)是(shi)不受控的(de)(de)。

所(suo)以，我通過關閉SS端來(lai)實(shi)現保護，再次開啟(qi)(qi)時會(hui)進入軟(ruan)(ruan)啟(qi)(qi)動狀態，大(da)(da)大(da)(da)緩(huan)解了對(dui)功率MOS的電流沖擊。在軟(ruan)(ruan)啟(qi)(qi)動時，即使2路的PWM軟(ruan)(ruan)啟(qi)(qi)有20%的時序誤差影(ying)響也不(bu)大(da)(da)。

2路分開以后，就可以實(shi)現(xian)在輕載或(huo)空載時關閉(bi)其中1路，實(shi)現(xian)低的待(dai)機的同(tong)時，再次開啟時也是軟(ruan)啟動的。 

3. SD端分開，且主路SD直接屏蔽掉。

上面已經說了保(bao)護(hu)是通過SS端(duan)來實現的，那么主路(lu)就不需要再強(qiang)制關閉(bi)了，所以主路(lu)的SD端(duan)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)地屏蔽掉(diao)，而副路(lu)的SD端(duan)需要用來在輕載時強(qiang)制關閉(bi)。 

4. CT/RT/DIS同樣參與開關頻率的設置：

先貼2張CT/RT/RD的曲線(xian)

 在(zai)規格書給出的(de)曲線中，我(wo)們可以(yi)看出以(yi)下(xia)幾個問題：

1. 即(ji)使RD=0，死(si)區時間也不為(wei)0。

2. 推薦的(de)最小震蕩電容CT=1nF。

3. 在CT=1nF，RD=0時(shi)，死區時(shi)間最短，為0.5uS。

 ;在開環狀態下，需要追求最大占空比，所以(yi)這(zhe)里(li)的(de)(de)CT=1nF，RD可以(yi)適(shi)當(dang)選取(qu)小點的(de)(de)阻(zu)值(zhi)，這(zhe)里(li)我用5.1R。

設定的頻率由下面(mian)的公式計算(suan)得來：

 由于震蕩(dang)頻率(lv)與交(jiao)錯的(de)(de)同步頻率(lv)有關，所以RT的(de)(de)取(qu)值在后面的(de)(de)同步頻率(lv)的(de)(de)計算中再來計算。

5. 主路的內部差分運放實現反饋，副路的內部運放直接屏蔽掉。

看了第1點這個就應該清楚(chu)了吧(ba)。

下(xia)面再上交錯(cuo)信號源的SG3525電(dian)路：

 

這里有以下幾個特點：

1. SD1端(duan)可(ke)控。

2. 內(nei)部差分運(yun)放(fang)連(lian)接為跟隨器形式。

3. SYNC端預留(liu)。

4. CT/RT/DISS（RD）設置(zhi)震蕩頻率(lv)。

5. VC端接VREF。

6. OUT A/B輸出到(dao)主副路(lu)的SG3525 SYNC端(duan)。

1. SD1用來關(guan)(guan)(guan)閉信(xin)號源，關(guan)(guan)(guan)閉后控(kong)制PWM的2個SG3525就是同(tong)步并聯的了，而且開關(guan)(guan)(guan)頻率不再受控(kong)于信(xin)號源，而是主副路SG3525的自身震蕩產(chan)生的PWM。在輕載時關(guan)(guan)(guan)閉副路的同(tong)時關(guan)(guan)(guan)閉交錯(cuo)信(xin)號源的SG3525，可以(yi)降低開關(guan)(guan)(guan)頻率，進一(yi)步減小功耗。

2. 內部差(cha)分(fen)運放連(lian)接為跟隨器的(de)形式，COMP端(duan)的(de)的(de)電壓，COMP端(duan)的(de)電壓決定了OUT A/B端(duan)的(de)PWM輸出占空(kong)(kong)比(bi)。所以通過設(she)置P2 端(duan)的(de)R5和R8就可(ke)以控(kong)制(zhi)輸出的(de)占空(kong)(kong)比(bi)大小。在此得吐槽一下(xia)SG3525的(de)SYNC端(duan)對輸入(ru)信(xin)號(hao)占空(kong)(kong)比(bi)的(de)要(yao)求(qiu)，真是有點(dian)高。

同步(bu)端(duan)(duan)的交(jiao)錯信號(hao)占(zhan)空比(bi)太(tai)(tai)小(xiao)后就(jiu)無法同步(bu)了，不受控與同步(bu)端(duan)(duan)了；同步(bu)端(duan)(duan)的交(jiao)錯信號(hao)占(zhan)空比(bi)太(tai)(tai)大后，輸出(chu)的PWM就(jiu)亂(luan)了，如下圖：

 

經過反復(fu)的實驗得出，要實現同(tong)步，同(tong)步信號的占(zhan)空比(bi)必(bi)須控(kong)制在3%~12%之(zhi)間。

而且在12-13%時(shi)會出現混亂(luan)，現象如下圖：

 

所以，這(zhe)里(li)取折(zhe)中，設(she)置占空比在6-8%，再來看看輸出(chu)PWM端的波(bo)形： 

 

控制主路SG3525的差分運(yun)放(fang)來減小占(zhan)空(kong)比，波形如(ru)下：

再減小。

到此(ci)，交錯同步的問題得(de)到完(wan)美(mei)解決。

 3. SYNC端預(yu)留(liu)。

這(zhe)個是用來實現級(ji)聯的，也就是說：可以再擴展為(wei)4相(xiang)(xiang)交錯(cuo)甚至8相(xiang)(xiang)交錯(cuo)（8相(xiang)(xiang)交錯(cuo)時(shi)需(xu)要降低(di)開(kai)關頻率(lv)）

 4. CT/RT/DISS（RD）設置震蕩(dang)頻率。

這里再來講(jiang)講(jiang)3個SG3525的(de)震蕩頻率設置的(de)講(jiang)究。

SG3525的(de)同步(bu)頻(pin)率(lv)(lv)要是被同步(bu)IC的(de)震(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)1.3倍(bei)以上(shang)，是輸(shu)(shu)出的(de)開關(guan)頻(pin)率(lv)(lv)2.6倍(bei)以上(shang)才能正常穩定的(de)工作。所以要使開關(guan)頻(pin)率(lv)(lv)在35KHz左右(you)(you)，交錯信號源的(de)SG3525的(de)輸(shu)(shu)出頻(pin)率(lv)(lv)為(wei)(wei)70KHz左右(you)(you)，其震(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)(lv)就需要140Khz左右(you)(you)，同時，主副(fu)路的(de)SG3525的(de)震(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)(lv)要為(wei)(wei)同步(bu)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)1/1.3，即(ji)53.8KHz左右(you)(you)，這里取50KHz，頻(pin)率(lv)(lv)根據59帖的(de)公式計算即(ji)可。

 高(gao)清(qing)大圖貼上交錯控制(zhi)單(dan)元(yuan)的線路圖和參(can)數：

 

5. VC端(duan)接VREF。

因為(wei)主副路的(de)SG3525 SYNC端(duan)識別的(de)高電(dian)(dian)平為(wei)5V就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)，所以(yi)這里把交錯(cuo)信(xin)號(hao)源的(de)SG3525的(de)輸出供電(dian)(dian)端(duan)接到了(le)自身(shen)的(de)基準5.1V上。

6. OUT A/B輸(shu)出到主(zhu)副路的(de)SG3525 SYNC端。

交錯信號(hao)(hao)源(yuan)的(de)輸出信號(hao)(hao)作為主副SG3525的(de)震蕩(dang)頻(pin)(pin)率，從而控制PWM的(de)輸出頻(pin)(pin)率。