小型、簡(jiǎn)單和易用的隔離型反激式轉換器

引言

曾經(jīng)需要一個(gè)簡(jiǎn)單的低功率隔離式內務(wù)處理電源、又不想購買(mǎi)現成有售的磚型電源或模塊嗎? 制作或采購決策取決于許多因素，但是簡(jiǎn)單性、解決方案尺寸、成本和性能對于走哪一條路具有重大影響。

實(shí)現與噪聲源電壓的接地分離是需要使用一個(gè)隔離式電源的原因之一。僅以醫學(xué)檢查照相機、牙科器械、睡眠和生命體征監測儀等為例，它們均采用了顯示器，而這些顯示器會(huì )受到噪聲源電壓的不利影響。隔離型電源可提供接地分離，因而能夠消除引起顯示器異常的噪聲。

由于具有多個(gè)用于實(shí)現各種不同功能的 PC 電路板，因此較大的醫療系統 (例如：CT 掃描、血氣電解質(zhì)分析儀和某些超聲波系統) 通常采用一種分布式電源架構，并且一般向整個(gè)系統分配 24V 或 48V 總線(xiàn)電壓。為了提高可靠性并出于安全原因，大多數分布式電源架構都需要對總線(xiàn)到子系統的工作電壓進(jìn)行隔離式 DC/DC 轉換，因為此類(lèi)總線(xiàn)電壓能提供很大的電流。

反激式轉換器在隔離式 DC/DC 應用中得到了廣泛的使用。電源設計人員之所以勉強選擇反激式轉換器，是因為需要滿(mǎn)足低功率隔離要求，而并非因為這類(lèi)轉換器易于設計!由于控制環(huán)路中眾所周知的右半平面零之原因，反激式轉換器存在穩定性問(wèn)題，而且由于必須驅動(dòng)一個(gè)用于輸出電壓反饋的光耦合器還會(huì )使該問(wèn)題進(jìn)一步復雜化。此外，反激式轉換器需要專(zhuān)門(mén)花費大量的時(shí)間進(jìn)行變壓器的設計，而市售變壓器的選擇范圍往往有限，很有可能需要定制變壓器，這就導致事情變得更加復雜了。最近在電源轉換器技術(shù)領(lǐng)域取得的進(jìn)步已經(jīng)使更低功率的隔離式轉換器更容易設計。凌力爾特公司近期推出的 LT8300 隔離型反激式轉換器就解決了許多此類(lèi)的反激式設計問(wèn)題。

簡(jiǎn)單的反激式 IC 設計

LT8300 免除了增設光耦合器、副端基準電壓和電源變壓器附加第三繞組的需要，同時(shí)僅用一個(gè)電源變壓器就能保持主端與副端的隔離，而這個(gè)電源變壓器必須橫跨隔離勢壘。LT8300 運用了一種主端檢測方案，該方案能通過(guò)反激式變壓器主端開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形來(lái)檢測輸出電壓。在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，輸出二極管負責向輸出端提供電流，而輸出電壓被反射至反激式變壓器的主端。開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓的數值是輸入電壓與反射輸出電壓之和 (LT8300 能夠重構和調節)。圖 1 示出了采用 LT8300 和僅 7 個(gè)外部組件的反激式轉換器的原理圖。

圖 1：具主端輸出電壓檢測功能的 LT8300 反激式轉換器

LT8300 采用小型 5 引腳 SOT-23 封裝，可接受 5V 至 100V 的輸入電壓，這無(wú)需串聯(lián)降壓電阻器就可直接加到該 IC 上。由于具備高電壓內置 LDO，而且 SOT-23 封裝上的 VIN 和 SW 引腳具固有的額外間距，所以該器件能采用高輸入電壓可靠地運作。此外，其內置的 260mA、150V 內部 DMOS 電源開(kāi)關(guān)允許該器件提供高達 2W 的輸出功率。

主端輸出電壓檢測

通過(guò)檢測變壓器主端上的輸出電壓，LT8300 無(wú)需增設光耦合器或額外的變壓器繞組。當功率晶體管關(guān)斷時(shí)，在主端開(kāi)關(guān)節點(diǎn) (SW 引腳) 波形上可準確地測量輸出電壓，如圖 2 所示，其中 N 為變壓器的匝數比，VIN 是輸入電壓，VC 為最高箝位電壓。

圖 2：典型的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形

以邊界模式運作時(shí)，負載調節性能優(yōu)異，因為反射的輸出電壓始終在二極管電流過(guò)零時(shí)采樣。LT8300 通?？商峁﹥?yōu)于 ±2% 的負載調節，如圖 3 所示。

圖 3：圖 1 所示原理圖的負載和電壓調節曲線(xiàn)

變壓器選擇和設計考慮因素

變壓器規格和設計很可能是成功應用 LT8300 最關(guān)鍵的部分。凌力爾特一直與領(lǐng)先的磁性元件制造商合作，以生產(chǎn)可與 LT8300 一起使用的預設計反激式變壓器，這些變壓器來(lái)自 Wurth Electronik、Pulse Engineering 和 BH Electronics 公司。LT8300 數據表中列出了所有推薦使用的變壓器。

結論

在醫療系統中，可以運用電源隔離來(lái)擺脫有噪聲的電源電壓，在分布式電源架構中也需要電源隔離?；?LT8300 的電路無(wú)需光耦合器，因而簡(jiǎn)化了隔離型反激式轉換器的設計，而且可以方便地購得現成有售的變壓器，并不需要定制變壓器。LT8300 在 5V 至 100V 的輸入電壓范圍內工作，可提供高達 2W 的輸出功率，從而使其非常適合于種類(lèi)繁多的醫療、工業(yè)、電信和數據通信應用。