隔離式誤差放大器：替代光耦合器和分流調(diào)節(jié)器的革新之路

在快速發(fā)展的電源設(shè)計領(lǐng)域，尤其是在隔離式AC-DC、DC-DC或DOSA兼容型電源模塊的設(shè)計中，設(shè)計人員不斷面臨提高性能以應(yīng)對市場需求的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的初級端控制器設(shè)計依賴于光耦合器提供反饋回路隔離，并利用分流調(diào)節(jié)器作為誤差放大器和基準(zhǔn)電壓源。然而，這種設(shè)計在性能上存在一定的局限性，特別是在環(huán)路帶寬和溫度穩(wěn)定性方面。本文將深入探討隔離式誤差放大器如何成為這一領(lǐng)域的重要革新，替代光耦合器和分流調(diào)節(jié)器，從而提升電源設(shè)計的整體性能。

光耦合器的局限性

光耦合器作為一種電氣隔離器件，具有成本低廉、無觸點反彈、無電弧干擾、小巧輕便等優(yōu)勢，在電源設(shè)計中被廣泛應(yīng)用。然而，光耦合器在作為線性隔離器使用時，存在幾個顯著的局限性：

帶寬限制：光耦合器的帶寬通常被限制在50 kHz以內(nèi)，實際使用中往往更低。這一限制極大地影響了電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力和高頻信號傳輸能力。

CTR(電流傳輸比)變化：光耦合器的CTR特性不是線性的，且在整個工作壽命內(nèi)會發(fā)生顯著變化。初始CTR通常具有2比1的不確定性，長期工作在高功率和高密度電源的高溫環(huán)境下，CTR值會進(jìn)一步下降，對設(shè)計穩(wěn)定性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

高頻響應(yīng)差：光耦合器的高頻響應(yīng)能力較差，無法有效傳輸高頻信號，限制了電源設(shè)計的靈活性。

溫度范圍有限：光耦合器在極端溫度下可能無法正常工作，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用范圍。

隔離式誤差放大器的優(yōu)勢

為了克服光耦合器和分流調(diào)節(jié)器的局限性，設(shè)計人員開始探索使用隔離式誤差放大器作為替代方案。隔離式誤差放大器通過集成隔離式誤差放大器和精密基準(zhǔn)電壓源功能于單個封裝內(nèi)，實現(xiàn)了極低溫漂和極高帶寬的精密隔離誤差放大器。其主要優(yōu)勢包括：

高帶寬：隔離式誤差放大器能夠?qū)崿F(xiàn)250 kHz以上的環(huán)路帶寬，遠(yuǎn)高于光耦合器的限制。這使得以更高開關(guān)速度工作的隔離式初級電源設(shè)計成為可能，從而支持更為緊湊的電源設(shè)計。

高精度：隔離式誤差放大器中的基準(zhǔn)電壓源和運算放大器設(shè)計為在溫度范圍內(nèi)具有最小的失調(diào)和增益誤差漂移。例如，1.225 V基準(zhǔn)電壓源電路在溫度范圍內(nèi)的精度調(diào)整為1%，比分流調(diào)節(jié)器更精確，且漂移量更低。

穩(wěn)定性：隔離式誤差放大器的傳遞函數(shù)在其使用壽命內(nèi)不會改變，且在-40℃至+125℃的寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。這完全解決了使用光耦合器進(jìn)行隔離時CTR值發(fā)生變化的問題。

靈活性：借助正確的電源拓?fù)?，更高的開關(guān)速度允許使用更小的輸出濾波電感器和電容器，從而實現(xiàn)更緊湊、更高效的電源設(shè)計。

隔離式誤差放大器的應(yīng)用實例

以反激式轉(zhuǎn)換器為例，反激式電路由于元件數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單，常用于輸出功率相對較低的應(yīng)用中。然而，其高輸出紋波電流和低交越頻率限制了其性能。當(dāng)采用隔離式誤差放大器替代光耦合器和分流調(diào)節(jié)器后，反激式電路的性能得到了顯著提升。

首先，通過寬帶運算放大器和1.225 V基準(zhǔn)電壓源替代分流調(diào)節(jié)器和VREF功能，以基于數(shù)字隔離器技術(shù)的快速線性隔離器替代光耦合器。這種新型架構(gòu)的隔離式誤差放大器在反饋回路中實現(xiàn)了更高的精度和穩(wěn)定性。

其次，在推挽式拓?fù)渲?，隔離式誤差放大器的應(yīng)用進(jìn)一步提升了電源的性能。推挽式電路通過兩個MOSFET交替開關(guān)，為變壓器的兩個初級繞組充電，然后通過兩個帶二極管的次級繞組導(dǎo)通，對輸出濾波器電感和電容充電。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有更快的開關(guān)頻率和更快的環(huán)路響應(yīng)。在相同的隔離式DC-DC設(shè)計示例中，采用隔離式誤差放大器的推挽電路在100 mA至900 mA負(fù)載階躍條件下的響應(yīng)時間僅為100 μs，相比典型反激式拓?fù)涞?00 μs，速度提升了四倍。

結(jié)論

綜上所述，隔離式誤差放大器以其高帶寬、高精度、高穩(wěn)定性和靈活性，成為替代光耦合器和分流調(diào)節(jié)器的理想選擇。在隔離式AC-DC、DC-DC或DOSA兼容型電源模塊的設(shè)計中，隔離式誤差放大器的應(yīng)用不僅提升了電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力和工作溫度范圍，還使得更為緊湊、高效的電源設(shè)計成為可能。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，隔離式誤差放大器將在電源設(shè)計領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為設(shè)計人員提供更加靈活、高效的解決方案。