一款反激式转换器简化隔离式电源设计.docx

一款反激式转换器简化隔离式电源设计实现与噪声源电压的接地分离是需要使用一个HYPERLINK"http://bbs.dianyuan.com/tech/powermanage"\t"_blank"隔离式电源(特别是在医疗设备中)的原因之一。仅以医用检查照相机、牙科器械、睡眠和生命体征监测仪等为例，它们都采用了显示器，而这些显示器会受到噪声源电压的不良影响。隔离式电源可提供接地分离，从而能够消除导致显示异常的噪声。较大型的医疗系统(例如：CT扫描、血气电解质分析仪和一些超声系统)由于有多个PC电路板用于各种不同的功能，所以一般采用分布式电源架构，并且通常向整个系统分配24V或48V总线电压。为了提高可靠性并出于安全原因，分布式电源架构通常需要对总线到子系统的工作电压进行隔离式DC/DC转换。这种类型的总线电压能提供很大的电流，而且需要隔离以防止在短路故障情况下可能导致的危险。很多年来，反激式转换器一直广泛用于隔离式DC/DC应用。不过，这类转换器未必是设计师的首选。电源设计师之所以被迫选择反激式转换器，是因为需要满足功率较低的隔离需求，而不是因为这类转换器易于设计。由于控制环路中众所周知的右半平面零点的原因，反激式转换器存在着稳定性问题，而且光耦合器的传播延迟、老化和增益变化还会使该问题更加复杂。此外，使用反激式转换器时，需要花费大量时间来设计HYPERLINK"http://bbs.dianyuan.com/tech/magnetic"\t"_blank"变压器，而通常现成有售的变压器可选范围有限，可能需要定制变压器，这就使事情更加复杂了。最近在电源转换技术领域取得的进步已经使更低功率的隔离式转换器更容易设计。凌力尔特公司最近推出的LT8300隔离型反激式转换器就解决了很多这类反激式设计的问题。简单的反激式IC设计LT8300免除了增设光耦合器、副端基准电压和电源变压器附加第三绕组的需要，同时仅用一个电源变压器就可保持主端和副端隔离，而这电源变压器必须横跨隔离势垒。LT8300运用了一种主端检测方案，该方案能通过反激式变压器主端开关节点波形来检测输出电压。在开关断开期间，输出二极管负责向输出端提供电流，而输出电压被反射至反激式变压器的主端。开关节点电压的数值是输入电压与反射输出电压之和(LT8300能够重构)。这种输出电压反馈方法在整个电压、负载和温度范围内，可产生好于±5%的总体稳定度。图1显示了采用LT8300和仅7个外部组件的反激式转换器的原理图。图1：具主端输出电压检测的LT8300反激式转换器LT8300采用小型5引线SOT-23封装，接受5V至100V的输入电压，这无需串联降压电阻器就可直接加到该IC上。由于有高压内置LDO，而且SOT-23封装上的引脚4和5有固有的额外间距，所以该器件能以高输入电压可靠地运行。此外，其内置的260mA、150V内部DMOS电源开关允许该器件提供高达约2W的输出功率。此外，LT8300在轻负载时以低纹波突发模式(BurstMode)工作，这可将静态电流降至仅为330uA，这种功能延长了休眠模式的电池运行时间。其他特点包括内部软启动和欠压闭锁。变压器匝数比和一个外部电阻器就是设定输出电压全部的所需。主端输出电压检测隔离式转换器的输出电压检测通常需要一个光耦合器和副端参考电压。光耦合器通过光链路发送输出电压反馈信号，同时保持隔离势垒。然而，光耦合器传输比随温度和老化而改变，从而降低了准确度。不同的光耦合器单元之间还可能是非线性的，这导致不同的电路有不同的增益/相位特性。运用一个额外的变压器绕组实现电压反馈的反激式设计还可以取代光耦合器，用来闭合反馈环路。不过，这个额外的变压器绕组增大了变压器的尺寸和成本。图2：典型的开关节点波形。通过检测变压器主端上的输出电压，LT8300无需光耦合器或额外的变压器绕组。当功率晶体管关断时，在主端开关节点波形上可准确地测量输出电压，如图2所示，其中N是变压器的匝数比，VIN是输入电压，VC是最高箝位电压。边界模式工作减小了转换器的尺寸并改善稳定性在副端电流降至零时，LT8300反激式转换器立即接通其内部开关，而当开关电流达到预定义的电流限制时，该转换器即关断。因此它总是在连续导通模式与断续导通模式(DCM)转换时工作，通常这称为边界模式或临界导通模式。边界模式控制是一种可变频率电流模式开关方案。当内部电源开关接通时，变压器电流增加，直至达到其预设电流限值设定点为止。SW引脚上的电压上升至“输出电压除以变压器副端-主端匝数比”+“输入电压”。当流过二极管的副端电流减小至零时，SW引脚电压下降至低于VIN。内部DCM比较器检测到这一情况并重新接通开关，从而