低功率反激式轉(zhuǎn)換器不再需要光耦合器

由于反射輸出電壓始終在二極管電流零交叉點(diǎn)進(jìn)行采樣,因此在邊界模式操作中負(fù)載調(diào)節(jié)性能大為改善。LT3574 一般提供 ±3% 的負(fù)載調(diào)節(jié)。

變壓器選擇與設(shè)計(jì)考慮
    變壓器規(guī)格和設(shè)計(jì)也許是成功應(yīng)用 LT3574 最關(guān)鍵的部分。凌力爾特公司已經(jīng)與領(lǐng)先磁性組件制造商合作,以生產(chǎn)預(yù)設(shè)計(jì)的反激變壓器,LT3574 數(shù)據(jù)表中給出了這些變壓器的完整列表。表 1 顯示了推薦使用的現(xiàn)成有售變壓器的節(jié)略列表,這些變壓器分別由 Wurth Electronik、Pulse Engineering 和 BH Electronics公司提供。這些變壓器從主端到副端一般能承受 1500VAC 的擊穿電壓長(zhǎng)達(dá) 1 分鐘。也可以使用較高擊穿電壓的變壓器和定制變壓器。


表 1:用于 LT3574 的現(xiàn)成有售的變壓器

凌力爾特公司免費(fèi)提供仿真軟件 LTspice,該軟件可從 www.linear.com.cn 網(wǎng)站下載。LT3574 可以利用表 1 所列的任何變壓器建模,所建立的模型能產(chǎn)生非常逼真的仿真效果,可幫助減輕設(shè)計(jì)這類轉(zhuǎn)換器的負(fù)擔(dān)。電路仿真包括有關(guān)以下問(wèn)題的信息:電路如何啟動(dòng)、在不同輸入電壓時(shí)電路對(duì)負(fù)載階躍的反應(yīng),并顯示在變化條件下,共模電流怎樣流動(dòng)。更改設(shè)計(jì)很容易,也很容易看到更改對(duì)電路性能的影響。

變壓器匝數(shù)比
在選擇變壓器匝數(shù)比以適合任何給定應(yīng)用時(shí),通過(guò)用 RFB/RREF 電阻器比值設(shè)定輸出電壓,用戶擁有相對(duì)的自由。一般情況下,變壓器匝數(shù)比的選擇原則是,最大限度地提高可用輸出功率。就低輸出電壓 (3.3V 或 5V) 而言,N : 1 的匝數(shù)比可用于多個(gè)主端繞組相對(duì)于副端繞組的情況,以最大限度地提高變壓器的電流增益和輸出功率。不過(guò),SW 引腳上的電壓等于最大輸入電源電壓 + 輸出電壓乘以匝數(shù)比。該電壓需要保持低于 SW 引腳的 ABS MAX 額定值,以防止內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)擊穿。就給定應(yīng)用而言,這些條件合起來(lái)限定了匝數(shù)比 (N) 的上限,即匝數(shù)比需要滿足以下不等式:

 
其中 VF 是輸出二極管壓降,VOUT 是輸出電壓。

 就較大的N : 1 值而言,需要具較大物理尺寸的變壓器,以提供額外的電流,并提供足夠大的電感,從而確保斷開(kāi)時(shí)間足夠長(zhǎng),以準(zhǔn)確測(cè)量輸出電壓。

 就較低的輸出功率值而言,可選擇 1 : 1 或 1 : N 變壓器,以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)最小的變壓器尺寸。采用一個(gè)匝數(shù)比為 1 : N 的變壓器將最大限度地減小變壓器的尺寸和磁化電感,但也會(huì)限制可用的輸出功率。一個(gè)較高的 1 : N 匝數(shù)比使得能夠提供非常高的輸出電壓,而不會(huì)超過(guò)內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)的擊穿電壓。

變壓器的漏電感
    變壓器主或副端的漏電感導(dǎo)致電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉后在主端出現(xiàn)電壓尖峰。該尖峰在較大負(fù)載電流時(shí)更顯著,因?yàn)樵谳^大負(fù)載電流時(shí),必須釋放更多所儲(chǔ)存的能量。利用變壓器繞組的緊密耦合可以最大限度地減小漏電感,并可通過(guò)讀取一個(gè)變壓器繞組上的電感 (而其他的繞組短路) 來(lái)測(cè)量漏電感。

 下面圖 4 所示的簡(jiǎn)單 RCD (電阻器、電容器和二極管) 箝位電路可防止漏電感尖峰超過(guò)電源電路的擊穿電壓。該電路包含在所有 LT3574 應(yīng)用電路中,而且肖特基二極管往往憑借其快速接通時(shí)間而成為吸振器的最佳選擇。

 
圖 4:RCD 箝位電路


    演示電路
    采用 LT3574 的演示電路板如圖 5 所示。該電路接受范圍從 10V 至 30V 的輸入電壓,在電流高達(dá) 0.5A 時(shí)產(chǎn)生隔離的 5V 輸出。


圖 5:LT3574 應(yīng)用電路照片 (尺寸:31mm x 15mm x 6.5mm)

結(jié)論
    基于 LT3574 的電路由于無(wú)需光耦合器、外部 MOSFET、副端基準(zhǔn)電壓、以及無(wú)需電源變壓器提供額外的第三個(gè)繞組,因此極大地簡(jiǎn)化了隔離式反激 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。該器件僅用一個(gè)跨隔離勢(shì)壘的組件,就能保持主端至副端隔離。LT3574 在 3V 至 40V 輸入電壓范圍內(nèi)工作,能提供高達(dá) 3W 的連續(xù)輸出功率,非常適合多種應(yīng)用?墒褂矛F(xiàn)成有售的變壓器,因此無(wú)需定制變壓器。很多應(yīng)用都需要隔離式轉(zhuǎn)換器,而不僅是電信應(yīng)用有隔離要求。就 GPS 系統(tǒng)、顯示器、可編程邏輯控制器、醫(yī)療監(jiān)視設(shè)備等噪聲敏感應(yīng)用而言,與總線電壓隔離是必須的。
 

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