將600 V輸入、非光耦合器隔離反激式控制器的電源電壓擴展至800 V或更高

簡介

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202002/409823.htm

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。

擴展電源電壓

LT8316采用熱增強型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償電阻進行編程。準(zhǔn)諧振邊界模式操作有助于實現(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（參見圖1）。

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)的齊納二極管來進行擴展。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。

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，最小啟動電壓為260 V，鑒于齊納二極管存在電壓容差，這個值可能存在微小差異。注意，在啟動后，LT8316一般以低于260 V的電源電壓工作。

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。

圖2.圖1中反激式轉(zhuǎn)換器的效率。

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

之前的解決方案雖然將輸入電壓擴展到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)點在于，它允許LT8316以更低的電源電壓啟動。

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。

圖5.電源電壓最高800 V的非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。

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，其電壓可變。LT8316采用獨有的檢測方法，只在開關(guān)節(jié)點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展。圖5顯示了輸入電壓最高可達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)換器的峰值效率達到91%。圖7顯示了負(fù)載和電壓調(diào)整率。

圖6.圖5中降壓轉(zhuǎn)換器的效率。

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

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。

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)致基礎(chǔ)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該晶體管。圖8所示為低啟動電壓解決方案。

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，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。

作者簡介

Yuchen Yang是ADI公司的高級應(yīng)用工程師。他負(fù)責(zé)各種非隔離和隔離轉(zhuǎn)換器的電源產(chǎn)品應(yīng)用。他擁有清華大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位，以及弗吉尼亞理工學(xué)院的電子工程碩士和博士學(xué)位。他于2018年加入ADI公司。

William Xiong于2017年畢業(yè)于加州理工大學(xué)（圣路易斯-奧比斯波），獲電氣工程學(xué)士學(xué)位。他于2017年7月開始在ADI公司擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)降壓、升壓和隔離型拓?fù)洌ɡ绶醇な胶驼な睫D(zhuǎn)換器）。