電源提示：為隔離式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)平滑軟啟動(dòng)的簡(jiǎn)單電路

大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)軟啟動(dòng)電路來限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。盡管具有上電復(fù)位 (POR) 功能的系統(tǒng)需要平滑軟啟動(dòng)，但對(duì)于初級(jí)側(cè)帶有控制器且占空比或電流有限的隔離式轉(zhuǎn)換器來說，這很困難。

電子系統(tǒng)中使用了許多Buck降壓型變換器，這些變換器集成芯片中，有些使用了外部軟起動(dòng)管腳來設(shè)定軟起動(dòng)時(shí)間，而有些內(nèi)部集成的數(shù)字或模擬的定時(shí)器固定了軟起動(dòng)時(shí)間以減小外部管腳的分配降低芯片成本。在一些實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，有外部軟起動(dòng)管腳的芯片有時(shí)因?yàn)閮?nèi)部軟起動(dòng)電容的放電電路不能及時(shí)將軟起動(dòng)電容的電荷放掉，導(dǎo)致系統(tǒng)重起時(shí)過流保護(hù)電路工作并閉鎖，系統(tǒng)不能正常工作；那些具有固定的軟起動(dòng)時(shí)間的芯片有時(shí)卻不能滿足一些應(yīng)用的要求。

圖 1 顯示了從初級(jí)側(cè)進(jìn)行占空比軟啟動(dòng)的正向轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)。轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)態(tài)輸出為 12V。在 10V（系統(tǒng)的 POR 閾值）下施加 50% 的負(fù)載電流。一旦施加負(fù)載，輸出就會(huì)下降并觸發(fā)系統(tǒng)關(guān)閉，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電源循環(huán)數(shù)次。軟啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，輸出超調(diào)10%，這是不可取的。

圖 1：?jiǎn)?dòng)期間正激轉(zhuǎn)換器的輸出，負(fù)載為 10V

在這篇文章中，我將使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電路來實(shí)現(xiàn)隔離式轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動(dòng)。該電路應(yīng)用于以LM5025為控制器的有源鉗位正激變換器。圖 2 顯示了次級(jí)側(cè)軟啟動(dòng)的概念。

圖 2：隔離式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)側(cè)軟啟動(dòng)電路

當(dāng)?shù)谝淮问┘虞斎霑r(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出 (V OUT ) 開始上升。電容器 (C SS ) 正在充電。C SS充電電流 (I SS ) 流過電阻器 (R SS )。當(dāng) I SS為高時(shí)，則 V BE(on) /R SS。Q SS打開并開始從次級(jí)側(cè)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn) (SEC COMP) 汲取電流，從而降低占空比。在軟啟動(dòng)期間，誤差放大器飽和，軟啟動(dòng)電路在反饋回路中占主導(dǎo)地位。轉(zhuǎn)換器, C SS , R SS , Q SS和光耦形成一個(gè)閉環(huán)。當(dāng)輸出上升到穩(wěn)壓時(shí)，誤差放大器開始穩(wěn)壓并且 I SS減小。Q SS關(guān)閉。

公式 1 顯示了從 V OUT到光耦合器電流的傳遞函數(shù)：

雖然有效，但這個(gè)簡(jiǎn)單的電路可能不穩(wěn)定，因?yàn)?/span> Q SS前向增益 (β) 很高，并且在不同部分之間變化很大。為了穩(wěn)定該電路，在 Q SS的發(fā)射極和地之間插入一個(gè)增益降低電阻器 (R E ) ，如圖 3 所示。增加 R E可以降低啟動(dòng)期間的反饋環(huán)路增益。

圖 3：添加 R E以穩(wěn)定軟啟動(dòng)電路

公式 2 顯示了軟啟動(dòng)電路傳遞函數(shù)與 R E：

在高頻下，使用公式 3 作為公式 2 的近似值：

我將軟啟動(dòng)電路添加到具有以下參數(shù)的轉(zhuǎn)換器中：

· C SS = 0.1μF。

· R SS = 100kΩ。

· R E = 1.18kΩ。

圖 4 顯示了具有這些電路參數(shù)的軟啟動(dòng)波形。當(dāng)系統(tǒng)開始汲取電流時(shí)，軟啟動(dòng)電路停止從 COMP 汲取電流，占空比迅速增加。在負(fù)載瞬變引起輕微下降后，轉(zhuǎn)換器繼續(xù)軟啟動(dòng)。

圖4：圖3所示軟啟動(dòng)電路的軟啟動(dòng)波形

圖 4 還顯示，在施加負(fù)載后，轉(zhuǎn)換器開關(guān)節(jié)點(diǎn) (VSW) 具有額外的電壓尖峰。圖 5 顯示了放大的波形。很明顯，系統(tǒng)的振蕩頻率為 9.5kHz。

圖 5：帶軟啟動(dòng)電路的放大軟啟動(dòng)波形

本設(shè)計(jì)中的控制器是電壓模式控制器。由于雙極，功率級(jí)具有 180 度的相位下降。需要加一個(gè)零來提高穩(wěn)定性；您可以通過添加一個(gè)與 R E并聯(lián)的電容器 (C E ) 來實(shí)現(xiàn)。為了將相位裕度增加 45 度，我在 9.5kHz（測(cè)量的振蕩頻率）處設(shè)置了一個(gè)零。當(dāng) R E = 1.18kΩ 時(shí)，我添加了一個(gè) 15nF 電容器。

圖 6：具有更高穩(wěn)定性的軟啟動(dòng)電路

圖 7 顯示了 C E = 15nF 時(shí)的啟動(dòng)波形。振蕩被消除?？傑泦?dòng)時(shí)間為 50ms。

圖 7：C E = 15nF 時(shí)的軟啟動(dòng)波形

在軟啟動(dòng)期間，典型的光耦合器二極管電流 (I opto_D ) 為1.2mA至 0.8mA。這是由 LM5025 和光耦合器正向增益決定的。當(dāng) R E = 1.18kΩ 時(shí)，R SS兩端的電壓為 V BE(ON) + R E × 0.8mA = 1.644V。VBE(on) = 0.7V。因此，您可以將 I SS計(jì)算為 I SS = (V BE(ON) + R E × I opto_D )/R SS。I SS /C SS設(shè)置輸出 V OUT，dv/dt。為保證副邊軟啟動(dòng)的有效性，原邊軟啟動(dòng)也應(yīng)設(shè)置得比副邊軟啟動(dòng)快得多。

測(cè)試結(jié)果表明，這種簡(jiǎn)單的軟啟動(dòng)電路可以有效地實(shí)現(xiàn)隔離轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動(dòng)。