基于LM5041的新型级联DC-DC电源

中国船舶重工集团公司第七一五研究所第三研究室 郭石垒

基于LM5041的新型级联DC-DC电源

中国船舶重工集团公司第七一五研究所第三研究室 郭石垒

电子行业的迅速发展，用电设备对电源的要求越来越高，电源朝着高频化、微型化、高效数字化的开关电源的方向发展，文中介绍一种基于TI公司的LM5041芯片的级联型电路结构，集合降压拓扑和推挽拓扑结构，Buck电路和推挽电路的优点。

级联DC-DC；LM5041；Buck；Push-Pull；LM5102

0 引言

开关电源按输出与输入隔离和非隔离区分电路拓扑结构，输出与输入非隔离的有降压型的Buck电路、升压型的Boost电路和输出输入电源反向的Buck-Boost电路（即可升压也可降压），输出输入隔离的电源拓扑结构以反激拓扑、正激拓扑、推挽拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑为主，隔离和非隔离的电路拓扑结构基本稳定。

本文利用TI公司的级联型PWM控制芯片LM5041分析设计低压大电流电源，兼顾Buck电路的稳定性、参数计算简洁性，同时兼顾推挽电路的低压大电流特性。文中利用MOSFET替代Buck电路的续流二极管，降低功耗，输出采用同步整流方式，相对二极管整流进一步降低了输出损耗。

1 电路框图

1.1 电路拓扑结构

电路采取有LM5041和半桥门极驱动芯片LM5102组成，LM5102负责放大LM5041产生的信号，驱动Buck电路，LM5041输出的推挽PWM信号直接驱动推挽拓扑结构的门极[1-2]。电路框图如图1。

图1 级联DC-DC电路框图

1.2 LM5041简要介绍

LM5041作为新型的级联PWM控制芯片，输入电压Vin电压范围，反馈电压门限值，内部生成5V/10mA的参考电压，产生两路用于驱动Buck开关信号和同步控制续流的信号，产生两路驱动能力1.5A的推挽PWM信号。

图2 LM5041芯片管脚

表1 LM5041管脚介绍

1.3 LM5102简要介绍

LM5102是一款驱动电压100V半桥上下桥臂开关管的芯片，可以设置高端和低端驱动信号的上升沿延时或者死区。

表2 LM5102管脚介绍

图3 LM5102管脚图

2 电路设计分析

整个电路可以分为两部分组成，一部分按Buck降压电路设计，产生直流电压Vo1，第二部分按推挽电路设计，两个电路的PWM开关频率一致。

2.1 Buck电路拓扑分析

按照输出电压Vo1大小，参照Buck电路[3-4]，可计算输出电压和输入电压的关系，Buck电路拓扑如图4。

图4 Buck电路简图

2.2 推挽电路拓扑分析

推挽电路设计参考推挽电路框图，推挽拓扑MOSFET漏源极电压为两倍输入电压即2Vin，选取MOSFET开关管注意开关管最大电压。推挽拓扑如图4所示。

图5 推挽拓扑结构图

在电路中把输出整流二极管换做MOSFET管，次级两个输出线圈的异名端驱动另一线圈的整流MOSFET的门极（电压低于18V），可等效于同步整流，减小低压大电流的输出损耗。

3 总结

采用LM5041设计级联DC-DC电源，用同一块电源芯片产生四路驱动信号，两路Buck驱动信号，两路推挽驱动信号，采用统一工作频率，可以应用在电压波动范围比较大，输出要求稳定的场合。

级联DC-DC电源控制芯片，改进了电源的设计思路，可以更好地兼顾不同电源拓扑的优点，设计稳定、高效开关电源。

[1]TI．LM5041 Cascaded PWM Controller

[2]TI．AN-1299 LM5041 Evaluation Board．

[3]Abraham I．P,Keith B,Taylor M．开关电源设计[C]．北京：电子工业出版社,2010．

[4]张占松,蔡宣三．开关电源的原理与设计[M]．北京：电子工业出版社,2001．

郭石垒，男，山东菏泽人，研究生学历，工学硕士，现供职于中国船舶重工集团公司第七一五研究所，研究方向：开关电源。