基于L6598谐振控制器的150W半桥式DC-DC转换器方案

谐振式变换器采用零电压开关(ZVS)和谐振能量传递技术，可减少高频电磁干扰，实现90%以上的高效率(高于传统的PWM)和更小的体积，而且散热少，电源转换器市场对谐振拓扑的兴趣近来在增加。本半桥式转换器方案基于L6598谐振控制器，可用于许多电源领域，如适配器、电视、显示器、通讯机和汽车收音机。

方案特点

谐振式变换器效率都在90%以上，所需的功率MOSFET功率小，变压器的体积也更小，整个方案体积小，散热少，工作寿命长。

与非谐振式变换器相比，普通拓扑的半桥变压器通过容性分配网络连接于主DC总线，馈送给变压器的电压是循环的，即0-负、负-0、0-正、然后再返回到0……其主DC总线的连接如图1所示。

图1. 普通半桥变换器的变压器连接

谐振式变换器植入了一个“外部”电感，这样在容性分配网络和外部电感器之间产生了谐振，叠加了主变压器已经有的漏电感，其原理见图2。

图2. 谐振式变换器的变压器连接

本设计的三个频率分别为：Fstart = 300kHz，Fmin = 70kHz，Fr = 35kHz。必须注意的是，300kHz(Fstart)已经非常接近驱动器的最大工作频率。

图3. 150W半桥式DC-DC转换器方案电路图

作为方案的核心，L6598高压谐振控制器片上集成了谐振变换器与600V高压半桥驱动器，可以最少的电路元件执行和控制谐振和SMPS。在半桥拓扑中，L6598提供压控振荡器(VCO)、检测运算放大器(OP AMP)、两个带使能(Enable)输入的比较器、控制逻辑、高/低端驱动器、自举驱动器和欠电压封锁及软启动电路等功能。

L6598电源电压Vs的启动阈值为10.7V，启动电流为250μA，静态工作电流是2mA。在提供的电压达到阈值之前，两支外部半桥的功率MOS将驱动器的低阻抗槽路切断。随着供电进入正常，电路开始运行，在第一个半周期中高边驱动器有效，所以升压电容将充满电荷。振荡器是一个电压控制振荡器，在Rfmin和Rfstar端选择合适的阻值，可以找出最低和最高工作频率的限制。

芯齐齐BOM分析

作为能量转换装置，本方案将能量从整流线路传送到负载，关键元器件包括变压器、外接电感、电容分配网络、功率开关，以及L6598控制IC、TL431稳压源、PC817光耦等。

图4. 150W半桥式DC-DC转换器方案BOM表

芯齐齐BOM分析显示，本方案主要任务是能量转换，即将能量从整流线路传送到负载，这将涉及一些关键元器件，包括变压器、外接电感、电容分配网络、功率开关。这里，我们采用了来自Epcos的N67材质的ETD34变压器，制造商产品编B66361G1000X187，核心材质级别N87，电感因子153nH，有效磁路长度78.6mm。

L6598控制IC集成了谐振变换器与600V高压半桥驱动器，有效减少元器件数量，简化了高效电源设计。L6598封装为DIP16，最高结温为150℃，工作环境温度为-40℃至+150℃。

PC817是线性光耦元件，隔离电压达5000V，增加了安全性，减小了电路干扰，简化了电路设计。

TL431是可控精密稳压源，最大输入电压为37V，最大工作电流150mA，基准电压2.495V(25°C)，输出电压最高到40V，可编程输出电压2.495V~36V，电压参考误差±0.4%，低动态输出阻抗0.22Ω，封装形式SOT-89。TL431在很多应用中可代替稳压二极管，例如数字电压表、运放电路、可调压电源、开关电源等。

审核编辑：汤梓红