如何使用簡(jiǎn)單電路來實(shí)現(xiàn)隔離轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動(dòng)

大多數(shù)DC / DC轉(zhuǎn)換器需要軟啟動(dòng)電路來限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。雖然具有上電復(fù)位（POR）的系統(tǒng)需要平滑的軟啟動(dòng)，但對(duì)于具有初級(jí)側(cè)控制器和有限占空比或電流的隔離式轉(zhuǎn)換器而言，這是很困難的。

圖1顯示了正向轉(zhuǎn)換器的軟啟動(dòng)，初級(jí)側(cè)具有占空比軟啟動(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)多次循環(huán)。在軟啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，輸出超過10％，這是不可取的。

圖1：?jiǎn)?dòng)期間正向轉(zhuǎn)換器的輸出，負(fù)載施加在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)隔離轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動(dòng)。該電路應(yīng)用于有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器，LM5025作為控制器。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

首次施加輸入時(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為高電平時(shí)，則為V BE（on） / R SS。Q SS導(dǎo)通并開始從次級(jí)側(cè)復(fù)合節(jié)點(diǎn)（SEC COMP）拉電流，從而減少占空比。在軟啟動(dòng)期間，誤差放大器飽和，軟啟動(dòng)電路支配反饋環(huán)路。轉(zhuǎn)換器，C SS，R SS，Q SS和光耦合器形成一個(gè)閉環(huán)。當(dāng)輸出上升到調(diào)節(jié)時(shí)，誤差放大器開始調(diào)節(jié)，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)镼 SS正向增益（β）很高并且在不同部件之間變化很大。要穩(wěn)定該電路，請(qǐng)?jiān)赒 SS的發(fā)射極和地之間插入增益降低電阻（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顯示了帶R E的軟啟動(dòng)電路傳遞函數(shù)：

在高頻時(shí)，使用公式3作為公式2的近似值：

我使用以下參數(shù)將軟啟動(dòng)電路添加到轉(zhuǎn)換器：

C SS =0.1μF。

R SS =100kΩ。

R E =1.18kΩ。

圖4顯示了帶有這些電路參數(shù)的軟啟動(dòng)波形。當(dāng)系統(tǒng)開始拉電流時(shí)，軟啟動(dòng)電路停止從COMP吸取電流，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：軟啟動(dòng)電路的軟啟動(dòng)波形，如圖3所示

圖4還示出了在施加負(fù)載之后，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)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

該設(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。有必要加零以提高穩(wěn)定性; 你可以通過增加一個(gè)與R E并聯(lián)的電容（C E）來做到這一點(diǎn)。為了在相位裕度上增加45度，我將測(cè)得的振蕩頻率置于9.5kHz。當(dāng)R E =1.18kΩ時(shí)，我添加了一個(gè)15nF電容。

圖6：具有改善穩(wěn)定性的軟啟動(dòng)電路

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

圖7：軟啟動(dòng)波形，C E = 15nF

在軟啟動(dòng)期間，典型的光耦二極管電流（I opto_D）為1.2mA至0.8mA。這由LM5025和光耦前向增益決定。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。為了確保次級(jí)側(cè)軟啟動(dòng)的有效性，應(yīng)將初級(jí)側(cè)軟啟動(dòng)設(shè)置為比次級(jí)側(cè)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)電路有效地實(shí)現(xiàn)了隔離式轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動(dòng)。