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(jiǎn)介

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202002/409823.htm

傳統的高壓隔離反激式轉換器利用光耦合器將穩壓信息從次級側基準電源電路傳輸到初級側，由此實(shí)現準確穩壓。問(wèn)題在于光耦合器會(huì )大大增加隔離設計的復雜性：存在傳播延遲、老化和增益變化，所有這些都會(huì )使電源回路補償變得復雜，且會(huì )降低可靠性。此外，在啟動(dòng)過(guò)程中，需要采用泄放電阻或高壓?jiǎn)?dòng)電路來(lái)初始啟動(dòng)IC。除非在啟動(dòng)組件中額外添加一個(gè)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、復雜的次級側基準電源電路或附加的啟動(dòng)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(gè)引腳，以顯示高壓間隔。通過(guò)對第三繞組的隔離輸出電壓采樣，無(wú)需采用光耦合器來(lái)進(jìn)行穩壓。輸出電壓通過(guò)兩個(gè)外部電阻和第三個(gè)可選溫度補償電阻進(jìn)行編程。準諧振邊界模式操作有助于實(shí)現出色的負載調整、小變壓器尺寸和低開(kāi)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電流幾乎為零時(shí)檢測，所以無(wú)需采用外部負載補償電阻和電容。因此，LT8316解決方案采用的組件數量較少，大大簡(jiǎn)化了隔離反激式轉換器的設計（參見(jiàn)圖1）。

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

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

圖1所示為輸入電壓為18 V至800 V的反激式轉換器的整個(gè)原理圖。如需查看詳細的組件選擇指南，請參考LT8316數據手冊。220 V齊納二極管與VIN引腳串聯(lián)時(shí)，最小啟動(dòng)電壓為260 V，鑒于齊納二極管存在電壓容差，這個(gè)值可能存在微小差異。注意，在啟動(dòng)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，反激式轉換器的峰值效率達到91%。即使沒(méi)有光耦合器，不同輸入電壓下的負載調整仍然保持準確，具體如圖3所示。

圖2.圖1中反激式轉換器的效率。

圖3.圖1中反激式轉換器的負載和電壓調整率。

低啟動(dòng)電壓設計

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(dòng)電壓提高到了260 V。挑戰在于，有些應用既需要高輸入電壓，也需要低啟動(dòng)電壓。

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

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

圖5.電源電壓最高800 V的非隔離降壓轉換器的原理圖。

非隔離降壓轉換器

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

對于非隔離降壓應用，LT8316的接地引腳連接至降壓拓撲的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)，其電壓可變。LT8316采用獨有的檢測方法，只在開(kāi)關(guān)節點(diǎn)接地時(shí)檢測輸出電壓，因此降壓原理圖相當簡(jiǎn)單。

與反激式轉換器一樣，降壓轉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的降壓轉換器的原理圖。LT8316的電源電壓和VIN引腳之間存在一個(gè)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(dòng)電壓為260 V。啟動(dòng)之后，LT8316繼續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，降壓轉換器的峰值效率達到91%。圖7顯示了負載和電壓調整率。

圖6.圖5中降壓轉換器的效率。

圖7.圖5中降壓轉換器的負載和電壓調整率。

圖8.采用低啟動(dòng)電壓的800 VIN非隔離降壓轉換器的原理圖。

與圖4中的反激式轉換器類(lèi)似，可以在電源電壓和VIN引腳之間增加電壓穩壓器，以使降壓轉換器實(shí)現低啟動(dòng)電壓。需要注意的是，GND引腳和VIN引腳之間存在一個(gè)體二極管，它會(huì )增高晶體管的射極電壓，導致基礎射極擊穿。為了防止出現這種情況，我們增加兩個(gè)二極管來(lái)保護該晶體管。圖8所示為低啟動(dòng)電壓解決方案。

結論

LT8316在準諧振邊界模式下工作，無(wú)需采用光耦合器即可實(shí)現出色穩壓。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(dòng)、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(jiǎn)化了組件數量較少的高性能解決方案的設計，涉及的應用范圍非常廣泛，從由電池供電的系統到汽車(chē)、工業(yè)、醫療、電信電源以及隔離輔助/家用電源。

作者簡(jiǎn)介

Yuchen Yang是ADI公司的高級應用工程師。他負責各種非隔離和隔離轉換器的電源產(chǎn)品應用。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(kāi)始在A(yíng)DI公司擔任應用工程師，負責降壓、升壓和隔離型拓撲（例如反激式和正激式轉換器）。