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利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

analog_devices ? 來源:亞德諾半導(dǎo)體 ? 作者:亞德諾半導(dǎo)體 ? 2022-01-01 14:29 ? 次閱讀
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傳統(tǒng)的高壓隔離反激式轉(zhuǎn)換器利用光耦合器將穩(wěn)壓信息從次級側(cè)基準(zhǔn)電源電路傳輸?shù)匠跫墏?cè),由此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確穩(wěn)壓。問題在于光耦合器會大大增加隔離設(shè)計(jì)的復(fù)雜性:存在傳播延遲、老化和增益變化,所有這些都會使電源回路補(bǔ)償變得復(fù)雜,且會降低可靠性。此外,在啟動過程中,需要采用泄放電阻或高壓啟動電路來初始啟動IC。除非在啟動組件中額外添加一個高壓MOSFET,否則泄放電阻將消耗大量電源。

LT8316是一種微功率、高壓反激式控制器,不需要光耦合器、復(fù)雜的次級側(cè)基準(zhǔn)電源電路或附加的啟動組件。

擴(kuò)展電源電壓

LT8316采用熱增強(qiáng)型20引腳TSSOP封裝,去除了4個引腳,以顯示高壓間隔。通過對第三繞組的隔離輸出電壓采樣,無需采用光耦合器來進(jìn)行穩(wěn)壓。輸出電壓通過兩個外部電阻和第三個可選溫度補(bǔ)償電阻進(jìn)行編程。準(zhǔn)諧振邊界模式操作有助于實(shí)現(xiàn)出色的負(fù)載調(diào)整、小變壓器尺寸和低開關(guān)損耗,特別是在高輸入電壓下。

由于輸出電壓是在次級側(cè)電流幾乎為零時檢測,所以無需采用外部負(fù)載補(bǔ)償電阻和電容。因此,LT8316解決方案采用的組件數(shù)量較少,大大簡化了隔離反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)(參見圖1)。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖1. 完整的12 V隔離反激式轉(zhuǎn)換器,適用于20 V至800 V廣泛輸出,最小啟動電壓為260 V。

LT8316的額定工作電壓最大為600 V,但可以通過更換與VIN引腳串聯(lián)的齊納二極管來進(jìn)行擴(kuò)展。齊納二極管的電壓會降低供給芯片的電壓,使得電源電壓超過600 V。

LT8316

寬輸入電壓范圍:16V 至 600V

無需光隔離器即可進(jìn)行調(diào)節(jié)

支持準(zhǔn)諧振邊界模式

恒流和恒壓調(diào)節(jié)

低紋波輕載 Burst Mode 運(yùn)行

低靜態(tài)電流:75μA

可編程限流值和軟啟動

采用具有高電壓引腳間距的 TSSOP 封裝

圖1所示為輸入電壓為18 V至800 V的反激式轉(zhuǎn)換器的整個原理圖。如需查看詳細(xì)的組件選擇指南,請參考LT8316數(shù)據(jù)手冊。220 V齊納二極管與VIN引腳串聯(lián)時,鑒于齊納二極管存在電壓容差,電路的最小啟動電壓約為260V。注意,在啟動后,LT8316可以在電壓低于260V時正常工作。

圖2. 圖1中反激式轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2顯示了不同輸入電壓下的效率,反激式轉(zhuǎn)換器的峰值效率達(dá)到91%。即使沒有光耦合器,不同輸入電壓下的負(fù)載調(diào)整仍然保持準(zhǔn)確,具體如圖3所示。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖3. 圖1中反激式轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和電壓調(diào)整率。

低啟動電壓設(shè)計(jì)

之前的解決方案雖然將輸入電壓擴(kuò)展到800 V,但齊納二極管將最小啟動電壓提高到了260 V。挑戰(zhàn)在于,有些應(yīng)用既需要高輸入電壓,也需要低啟動電壓。

圖4所示為備選的800 V最大輸入電壓解決方案。這個電路使用齊納二極管和一個二極管來構(gòu)成電壓穩(wěn)壓器。輸入電壓可以穩(wěn)定增加至800 V,而VIN引腳的電壓穩(wěn)定保持在560 V左右。這個電路的優(yōu)點(diǎn)在于,它允許LT8316以更低的電源電壓啟動。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖4. 隔離反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖:20 V至800 V輸入轉(zhuǎn)換至12 V,啟動電壓低。

非隔離降壓轉(zhuǎn)換器

LT8316的高壓輸入功能在簡單的非隔離降壓轉(zhuǎn)換器中可以輕松實(shí)現(xiàn),且無需采用隔離式變壓器。采用價格相對便宜的現(xiàn)成電感作為電磁組件。

對于非隔離降壓應(yīng)用,LT8316的接地引腳連接至降壓拓?fù)涞拈_關(guān)節(jié)點(diǎn),其電壓可變。LT8316采用獨(dú)有的檢測方法,只在開關(guān)節(jié)點(diǎn)接地時檢測輸出電壓,因此降壓原理圖相當(dāng)簡單。

與反激式轉(zhuǎn)換器一樣,降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓也可以擴(kuò)展。圖5顯示了輸入電壓最高可達(dá)800 V的降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。LT8316的電源電壓和VIN引腳之間存在一個220 V齊納二極管。鑒于齊納二極管存在電壓容差,最小的啟動電壓為260 V。啟動之后,LT8316繼續(xù)以更低的電源電壓正常運(yùn)行。圖6顯示了不同輸入電壓下的效率,降壓轉(zhuǎn)換器的峰值效率達(dá)到91%。圖7顯示了負(fù)載和電壓調(diào)整率。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓
利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖5. 電源電壓最高800 V的非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖6. 圖5中降壓轉(zhuǎn)換器的效率。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖7. 圖5中降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和電壓調(diào)整率。

與圖4中的反激式轉(zhuǎn)換器類似,可以在電源電壓和VIN引腳之間增加電壓穩(wěn)壓器,以使降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)低啟動電壓。需要注意的是,GND引腳和VIN引腳之間存在一個體二極管,它會增高晶體管的射極電壓,導(dǎo)致基極射極擊穿。為了防止出現(xiàn)這種情況,我們增加兩個二極管來保護(hù)該晶體管。圖8所示為低啟動電壓解決方案。

利用反激式控制器LT8316擴(kuò)展電源電壓

圖8. 采用低啟動電壓的800 VIN非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。

結(jié)論

LT8316在準(zhǔn)諧振邊界模式下工作,無需采用光耦合器即可實(shí)現(xiàn)出色穩(wěn)壓。此外,它還具有豐富的特性,包括低紋波突發(fā)模式(Burst Mode)工作、軟啟動、可編程電流限制、欠壓鎖定、溫度補(bǔ)償和低靜態(tài)電流。高度集成簡化了組件數(shù)量較少的高性能解決方案的設(shè)計(jì),涉及的應(yīng)用范圍非常廣泛,從由電池供電的系統(tǒng)到汽車、工業(yè)、醫(yī)療、電信電源以及隔離輔助/家用電源。

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原文標(biāo)題:將600V輸入電壓擴(kuò)展至800V甚至更高,是如何做到的?

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審核編輯:湯梓紅

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