摘 要： 针对射频收发机的供电部分，采用隔离反激式DC/DC变换器LT3748，设计了一种将通信二次电源转化成8 V/2 A输出的开关电源。介绍了电源转换的硬件实现电路、测试结果及相应的分析。电路测试结果表明，此电源转换电路具有较大输出电流和较高的稳压精度。
关键词： 开关电源；反激式；LT3748
0 引言
通信电源中一次电源是指由市电转换成标称值为48 V的直流电[1]，通信电源中的二次电源是指将一次电源输出的48 V直流电，经DC/DC高频开关转换，获得通信设备内部电路所需的直流电压。通信电源的二次电源是通信领域中使用的一种高可靠性、高性能的电源，其核心器件为DC/DC变换器。依据DC/DC变换器输入、输出间是否具有电气隔离可将其分为：隔离式DC/DC变换器以及非隔离式DC/DC变换器，其中隔离式DC/DC变换器采用高频变压器实现了电源初级与次级两侧的电气隔离，使得该类开关电源不仅具有降压、升压且具有极性反转的功能。通常隔离式DC/DC变换器的拓扑结构有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式及全桥式五种。
本文介绍了一种应用于射频收发机的通信用二次电源的部分电路。此电源基于隔离型反激式DC/DC变换器LT3748，电路中主要器件包括高频开关管Si7464以及隔离型变压器VP4-0047-R。最后对该设计电路的转换效率、负载调整率、电压调整率进行了测试。
1 开关电源LT3748
2010年，凌力尔特公司推出一款具有隔离型反激式拓扑结构的新型开关电源芯片——LT3748。LT3748利用变压器初级端的反激信号得到输出电压的反馈，免除了增设光耦合器、次级基准电压和附加第三绕组的需要，并同时保持了初级与次级之间的隔离[2]。
LT3748具有5 V~100 V的较宽输入电压范围，采用小型MSOP-16封装，去掉了4个引脚以保证高压引脚间隔。LT3748的输出电压通过芯片外接的两个电阻的比值以及变压器的初次级线圈匝数比共同决定。LT3748芯片内部的集成度很高，可利用商用化的变压器（从而省去了设计变压器的繁琐步骤），与MOSFET一起配合使用，应用电路相对简单。此外，LT3748还具有欠压闭锁（UVLO）、软启动和对输出电压进行温度补偿的功能。
2 系统方案设计
本设计中的通信二次电源标称值为-48 V，波动范围为-36~-72 V，输出电源为8 V/2 A，输出功率为16 W。为保证输出电流具有一定裕度（一般为输出电流的40%），设计中将最大输出电流设定为3 A，最终的设计电路如图1所示。当开关管Q1导通后，初级线圈的导通电流将持续上升，直至其达到11引脚（VC）控制电流的极限，从而使Q1断开。Q1断开后，其漏极电压将上升至VOUT·NPS+VIN，而副边感应的电流则通过整流二极管D1向输出电路供电。当Q1漏极的电位降到VIN以下时，这种情况会被芯片内部的边界模式检测比较器检测出，从而使Q1又重新导通，以此不断循环往复。
2.1 欠压锁定电路与过电流保护电路
欠压锁定（UVLO）是指当输入电源电压低于欠压锁定电路的预设值时，电源芯片不工作，以保证芯片安全并降低不必要的功耗。LT3748通过连接在VIN和EN/UVLO引脚之间的分压电阻R1与R2设定芯片工作的阈值电压。当芯片EN/UVLO引脚上的电压达到1.223 V时，LT3748芯片内部所有电路都将启动。
过电流保护电路是指在电源过载或输出短路时保护电源装置，防止负载损坏。此芯片通过SENSE引脚端的电阻R5来设定过电流，SENSE引脚的电压VS需要在0.1 V以下。
2.2 开关变压器设定
单端反激式开关稳压电源在设计开关变压器参数时的计算极为关键，设计中应尽量使开关管导通期间变压器所储存能量等于功率开关管关闭期间变压器所释放的能量，提高开关变压器的利用率，从而提高电路的转化效率。开关变压器的设定主要取决于初级线圈电感量和线圈的饱和电流两方面。开关变压器初级绕组的电感值须大于临界电感值（即当功率开关管截止期结束时，功率开关变压器中存储的能量正好释放完毕时开关变压器初级绕组所对应的电感值）[3]。此外，开关变压器还应满足其线圈中的电流不能超过线圈自身饱和电流，因为一旦造成线圈中电流饱和，能量将不能存储在变压器的铁芯中，进而传输到次级端，而会被消耗在铁芯中。
本设计中开关变压器选取为VP-0047-R，它具有体积小、自身电阻低、低噪声和紧耦合性等优点。VP-0047-R有六个独立绕组，每个绕组的电感量和饱和电流分别为3.8 μH和2.81 A，并可以根据需求的不同而连接成初次级线圈比不同的变压器。设计中将此变压器设置为初、次级线圈比为4∶1。其中初级线圈为四个绕组的串联形式，则初级线圈的电感量是60.8 μH。次级线圈为两个绕组的并联形式，这种连接可增大绕组的饱和电流，避免次级线圈在输出电流较大时饱和。
2.3 功率开关管及钳位电路设计
开关管的选取主要由漏源之间的耐压值以及最大漏极电流决定。由于在开关管关断的瞬间，变压器产生的漏感将生成尖峰脉冲电压，并且在初级线圈上也会有感应电压生成，这些都会叠加在直流输入电压VIN上。而在开关管导通时，功率开关变压器初级绕组的充电电流将产生尖峰电流，所以功率开关管的漏极电流应大于该尖峰电流。设计中Q1选择Si7464DP。
为了减少漏感对电路产生的影响，并吸收已经由漏感产生的尖峰电压，在开关管的漏极设计了钳位保护电路。通常钳位电路的形式有DZ、RCD以及RC等，考虑到电路的简单和小型化，本设计采用RC钳位电路，即图1中的电阻R8和电容C6，取值为66 Ω和150 pF。在Q1截止的瞬间，储存在漏感中的能量通过电容C6后，就被电阻R8消耗掉了[4]。钳位电路的设计非常必要，尤其在输出电流较大的情况下，可通过钳位电路将漏感吸收，从而保证输出电压的稳定。
3 测试结果与分析
由于输入电压为-48 V，所以测试中将稳压电源的正端接在PCB电路板的地端，稳压电源的负端接到PCB上的电源输入端，此时在PCB的电源和地之间就能得到负的电压。测试前应注意以下两点：首先由于开关电源在供电初始会产生较大的浪涌电流，所以在测试时对稳压电源限流值的设定要比实际输出电流值稍大一些。其次单端隔离反激式开关电源测试时不能空载。
经过多组测试得到了表1和表2所示的结果。从测试结果可以看出，此电源电路不仅实现了电源从负到正的极性变换，并且电路最大输出电流为3.245 A，输出电压接近8 V，证明本电路设计已经达到了最初要求输出8 V/2 A电源的目的。
将电源输入电压保持在-48 V，将负载从200 Ω减小到2.5 Ω时，可得表1的测试结果。根据表1中记录计算可得，当负载在2.5~ 200 Ω之间变化时，负载调整率为±2%。其中，此电路的转化效率在输出电流为 2.315 A时达到79%。
将电源的电压输出端接4 Ω、50 W的固定负载电阻，输入端接到可调稳压电源输出端。调整输入稳压电源在36 V~54 V之间变化时，测量输出端电压，可得表2所示的测试结果。由表2中记录结果，根据电压调整率的公式，可计算出电路的电压调整率为0.7%。当输入电压变为20 V时，输出电压有0.06 V的变化，可看出输出电压波动不大。
4 结论
本文基于单端反激式隔离型DC/DC转换器，采用凌力尔特公司2010年推出的隔离反激式DC/DC变换器芯片LT3748，并结合开关变压器、功率开关管等部分电路，设计了一种应用于通信机射频前端的通信用二次电源的部分电路。该电源转换电路将-48 V的输入电源转化为8 V/2 A的输出电源，具有输出电流大、稳压精度较高、体积小的特点，并且工作稳定、性能可靠，对设计其他单端反激式隔离型开关电源具有参考价值。
参考文献
[1] 宋清亮.应用在通信二次电源中的LLC串联谐振变换器的研究[J].通信电源技术，2009，26（2）：6-9.
[2] Bruce Haug.无需光耦合器的反激式DC/DC控制器[Z].2011.
[3] 王水平，贾静，方海燕，等.开关稳压电源原理与设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[4] 王艳荣，吴兰君.基于LT3573隔离型反激式DC-DC开关电源的设计[J].电源世界，2009（5）：42-44.