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利用无光反激转换器芯片简化隔离式DC/DC转换器的设计

电子设计 2019-03-15 08:16 次阅读

除了用于电信和数据通信系统外,许多其他噪声敏感应用也需要隔离直流输出,如汽车电池充电,各种电子负载的中间总线电压和工业输入。虽然反激式拓扑结构在隔离式dc/dc转换器应用中很受欢迎,但由于其相对简单且与其他隔离拓扑结构相比成本低,因此设计传统的反激并不容易,因为变压器需要精心设计,并且环路补偿可能很复杂。此外,它需要一个光耦合器或额外的变压器绕组,用于从次级侧反馈输出电压,以保持输出精度。

耦合器的传播延迟,老化和增益变化进一步使环路补偿和反激转换器的稳定性变得复杂,同时限制了转换器的瞬态响应。此外,光耦合器消耗功率并增加电源的成本和物理尺寸。设计具有额外绕组的高性能变压器可能需要花费大量时间,因为现成的变压器选择有限。最后,使用额外的绕组会增加变压器的物理尺寸和成本。

幸运的是,最近功率转换技术的进步使得低功耗隔离转换器更容易设计。通过采用初级侧感应方案并在边界模式下运行转换器,凌力尔特公司的无光反激转换器(如LT3574和LT8300)通过消除对光耦合器,外部Mosfet的需求,简化了反激式转换器的设计,次级侧参考电压和额外的变压器绕组。它的边界模式是一种可变频率,电流模式,控制开关方案(稍后会更多),也可以改善整个线路,负载和温度范围的调节。据LINEAR介绍,与等效连续导通模式(CCM)设计相比,边界模式还允许使用更小的变压器。这些反激式解决方案在隔离电源中很受欢迎,电源范围从不到一瓦到几十瓦不等。

初级侧检测

专为隔离式反激式架构而设计,单片LT3574可在3 V至40 V的输入电源电压下工作,无需外部电源开关即可提供高达3 W的输出功率,因为它集成了片内0.65 A,60 V NPN功率晶体管。输出电压很容易设置,两个外部电阻连接到RFB和RREF引脚,变压器匝数比如图1所示。

利用无光反激转换器芯片简化隔离式DC/DC转换器的设计

图1:无光反激转换器的输出电压可通过两个外部电阻和变压器匝数比轻松设置。

根据LT3574数据表中的描述,在功率晶体管关断期间,初级侧开关节点波形处精确测量输出电压(图2),其中N是变压器的匝数比,VIN是输入电压,VC是最大钳位电压。反向转换器在次级侧电流减小到零后立即打开其内部开关,并在开关电流达到预定义的电流限制时关闭。因此,器件始终在连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)的转变下工作,通常称为边界模式或临界导通模式。

利用无光反激转换器芯片简化隔离式DC/DC转换器的设计

图2:初级侧开关节点波形。

Linear的解释表明边界模式控制是一种可变频率,电流模式切换方案。当内部电源开关打开时,变压器电流会增加,直到达到其预设的电流限制设定点。 SW引脚上的电压上升到输出电压除以次级到初级变压器匝数比加上输入电压。当通过二极管的次级电流降至零时,SW引脚电压降至VIN以下。内部DCM比较器检测到此事件并重新打开开关,重复该循环。

边界模式在每个周期结束时将次级电流返回到零,导致寄生电阻电压降不会引起负载调节误差。此外,主反激开关始终在零电流时导通,输出二极管没有反向恢复损耗。这种功率损耗的降低使反激式转换器能够以相对较高的开关频率工作,与低频替代设计相比,这反过来又减小了变压器的尺寸。

图3显示了使用LT3574的5 V反激式转换器的测量输出功率。数据表显示,采用3:1变压器绕组比,此设计实例在30 V输入电压时提供接近2.5 W的输出功率,在20 V输入时提供约2 W的输出功率。

利用无光反激转换器芯片简化隔离式DC/DC转换器的设计

图3:上图显示了使用LT3574的5 V输出隔离反激式转换器的输出功率与输入电压的关系。

变压器规格和设计可能是成功应用LT3574的最关键部分。由于变压器次级侧的电压是由初级侧的电压推断出来的,因此必须严格控制匝数比以确保输出电压一致。凌力尔特公司与领先的磁性元件制造商合作,生产用于LT3574的预先设计的反激变压器。 LT3574数据手册中的表格列出了许多用于各种输出电压和电流水平的现成变压器,这些变压器来自WürthElektronik和其他供应商。据Linear介绍,选择变压器匝数比使得转换器具有足够的电流能力和低于50 V的开关应力。表1显示了不同变压器匝数比下的开关电压应力和输出电流能力。

N V(MAX)V IN(MAX)IOUT(MAX)VIN(MIN)占空比1:1 33.5 V 0.34 A 16%~22%2:1 39 V 0.57 A 28%~35%3: 1 44.5 V 0.73 A 37%~45%4:1 50 V 0.84 A 44%~52%

表1:开关电压应力和输出电流能力与匝数比的关系。

为了简化从数据表表中列出的部件中选择正确的变压器的任务,可以使用列出的任何变压器对基于LT3574的DC/DC反激式转换器进行建模。通过从公司网站下载LTsPIce仿真软件的免费副本,设计人员可以模拟并产生逼真的结果,以确认变压器和反激式转换器的设计,Linear说。模拟电路包括有关电路如何启动的信息以及对不同输入电压的负载步骤的反应。根据Linear的说法,很容易做出改变并看到对转换器性能的影响。

高输入电压

对于输入电压高达100 V的电信,汽车,工业和医疗系统等应用,凌力尔特提供LT8300。为了简化隔离式反激式转换器解决方案,LT8300集成了260 mA,150 V DMOS电源开关,内部补偿网络,软启动电容和所有控制逻辑功能。因此,仅使用少量外部元件,该器件可在5 V时提供高达2 W的隔离输出功率(图4)。该转换器的输入电源电压范围为6 V至100 V.

利用无光反激转换器芯片简化隔离式DC/DC转换器的设计

图4:基于LT8300的隔离式反激式转换器不需要光耦合器,只需很少的外部元件即可提供稳定的5 V输出电压。

如图4所示,隔离输出电压可以通过一个外部电阻设置,补偿和软启动电路集成在转换器芯片中。低纹波突发模式操作可在轻负载条件下保持高效率,同时最大限度地降低输出电压纹波。¹使用少量外部元件,Linear的无光反激转换器芯片简化了低功耗隔离式DC/DC转换器的设计效率和严格的监管。此外,它们可以在宽输入电压范围内工作,输入电压高达100 V。

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BAS16P2 100 V开关二极管

信息 BAS16P2T5G开关二极管是我们广受欢迎的SOT-23三引线器件的衍生产品。它专为开关应用而设计,安装在SOD-923表面该封装非常适合低功率表面贴装应用,其中电路板空间非常宝贵。 极小的SOD-923封装
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BAS16P2 100 V开关二极管

BAS16 (Legacy Fairchild)开关二极管,85 V 200 mA

信息 SOT-23封装中的开关二极管。 高 - 速度切换应用
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BAS16 (Legacy Fairchild)开关二极管,85 V 200 mA

BAS16DXV6 双开关二极管,100 V

信息采用SOT-563封装的双开关二极管。 引脚表面处理:100%无光泽锡(锡) 合格回流焊温度:260°C 超小型SOD-523封装 适用于汽车和其他应用的S前缀,需要独特的现场和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
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BAS16DXV6 双开关二极管,100 V

BAS116T 75 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SC-75表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 这些器件是无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准
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BAS116T 75 V开关二极管

BAS16H 100 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。 S汽车及其他应用的前缀,需要独特的现场和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 28次 阅读
BAS16H 100 V开关二极管

BAS116L 75 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SOT-23表面贴装封装,非常适合自动插入。 低漏电流应用 中速开关时间 8 mm卷带和卷盘 - 使用BAS116LT1订购7英寸/ 3,000单位卷轴 Pb - 免费套餐。 汽车和其他应用的S前缀,需要独特的站点和控制变更要求; AECQ101合格且PPAP能力 电路图、引脚图和封装图
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BAS116L 75 V开关二极管

BAR43 肖特基二极管

信息 BAR43 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
发表于 04-18 19:13 28次 阅读
BAR43 肖特基二极管

BAR43C 肖特基二极管

信息 BAR43C 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
发表于 04-18 19:13 31次 阅读
BAR43C 肖特基二极管

BAR43S 肖特基二极管

信息 BAR43S 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。
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BAR43S 肖特基二极管

BAL99L 70 V开关二极管

信息开关二极管专为高速开关应用而设计。该器件采用SOT-23表面贴装封装,非常适合自动插入。 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:13 40次 阅读
BAL99L 70 V开关二极管

A5191HRT 工业HART协议调制解调器

信息 A5191HRT是一款单芯片CMOS调制解调器,适用于高速公路可寻址远程传感器(HART)现场仪表和主机。调制解调器和一些外部无源组件提供满足HART物理层要求所需的所有功能,包括调制,解调,接收滤波,载波检测和发送信号整形。 A5191HRT与SYM20C15引脚兼容。有关引脚与SYM20C15兼容性的详细信息,请参见引脚说明和功能描述部分。 A5191HRT使用每秒1200位的相位连续频移键控(FSK)。为了节省功率,接收电路在发送操作期间被禁用,反之亦然。这提供了HART通信中使用的半双工操作。 低功耗 Bell 202移位频率为1200 Hz和2200 Hz 单芯片,半 - 双工1200比特FSK调制解调器 发送信号波形整形 接收带通滤波器 满足HART物理层要求 CMOS兼容 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:13 26次 阅读
A5191HRT 工业HART协议调制解调器

CAT25128 128-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25128是一个128 kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为16kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25128设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。适用于新产品(Rev. E) ) 20 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V操作 硬件和软件保护 低功耗CMOS技术 SPI模式(0,0和1,1) 工业和扩展温度范围 自定时写周期 64字节页写缓冲区 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 1,000,000编程/擦除周期 100年数据保留< / li> 8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准 具有永久写保护的附加标识页...
发表于 04-18 19:13 30次 阅读
CAT25128 128-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25256 256-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25256是一个256 kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为32kx8位。它具有64字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。输入可用于暂停与CAT25256设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。片上ECC(纠错码)使该器件适用于高可靠性应用。适用于新产品(Rev. E) ) 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0)和(1,1) ) 64字节页面写缓冲区 具有永久写保护的附加标识页(新产品) 自定时写周期 硬件和软件保护 100年数据保留 1,000,000编程/擦除周期 低功耗CMOS技术 块写保护< / li> - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 工业和扩展温度范围 8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘UDFN和TDFN封装 此器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...
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CAT25256 256-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25040是一个4-kb SPI串行CMOS EEPROM器件,内部组织为512x8位。安森美半导体先进的CMOS技术大大降低了器件的功耗要求。它具有16字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25040设备的任何串行通信。该器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 20 MHz(5 V)SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0和1,1) 16字节页面写入缓冲区 自定时写入周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或整个EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000编程/擦除周期 100年数据保留 工业和扩展温度范围 PDIP,SOIC,TSSOP 8引脚和TDFN,UDFN 8焊盘封装 这些器件无铅,无卤素/ BFR,符合RoHS标准...
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CAT25040 4-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

CAT25160 16-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

信息 CAT25080 / 25160是8-kb / 16-kb串行CMOS EEPROM器件,内部组织为1024x8 / 2048x8位。它们具有32字节页写缓冲区,并支持串行外设接口(SPI)协议。该器件通过片选()输入启用。此外,所需的总线信号是时钟输入(SCK),数据输入(SI)和数据输出(SO)线。 输入可用于暂停与CAT25080 / 25160设备的任何串行通信。这些器件具有软件和硬件写保护功能,包括部分和全部阵列保护。 10 MHz SPI兼容 1.8 V至5.5 V电源电压范围 SPI模式(0,0和1,1) 32字节页写缓冲区 自定时写周期 硬件和软件保护 块写保护 - 保护1 / 4,1 / 2或全部EEPROM阵列 低功耗CMOS技术 1,000,000个编程/擦除周期 100年数据保留 工业和扩展温度范围 符合RoHS标准的8引脚PDIP,SOIC,TSSOP和8焊盘TDFN,UDFN封装...
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CAT25160 16-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器

信息 MC10 / 100EP32是一个集成的2分频器,具有差分CLK输入。 V 引脚是内部产生的电源,仅适用于该器件。对于单端输入条件,未使用的差分输入连接到V 作为开关参考电压。 V 也可以重新连接AC耦合输入。使用时,通过0.01μF电容去耦V 和V ,并限制电流源或吸收至0.5mA。不使用时,V 应保持开路。复位引脚是异步的,并在上升沿置位。上电时,内部触发器将达到随机状态;复位允许在系统中同步多个EP32。 100系列包含温度补偿。 350ps典型传播延迟 最大频率> 4 GHz典型 PECL模式工作范围:V = 3.0 V至5.5 V V = 0 V NECL模式工作范围:V = 0 V ,其中V = -3.0 V至-5.5 V 打开输入默认状态< / li> 输入安全钳位 Q输出打开或V 无铅封装可用时默认为低电平 < / DIV>...
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MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器