將600 V輸入、非光耦合器隔離反馳式控制器的電源電壓擴展至800 V以上

簡介

傳統(tǒng)的高壓隔離反馳式轉(zhuǎn)換器是利用光耦合器將穩(wěn)壓信息從次級側(cè)基準(zhǔn)電源電路傳輸?shù)匠跫墏?cè)，并由此來實現(xiàn)準(zhǔn)確穩(wěn)壓。問題在于，光耦合器會大幅增加隔離設(shè)計的復(fù)雜性，包括存在傳播延遲、老化和增益變化等，而所有這些情況都會使電源回路補償變得復(fù)雜，且會降低可靠性。此外，在啟動過程中，需要采用泄放電阻或高壓啟動電路來初始啟動IC。 除非在啟動組件中額外添加一個高壓MOSFET，否則泄放電阻將消耗大量電源。

LT8316 為一款微功率、高壓反馳式控制器，其不需要光耦合器、復(fù)雜的次級側(cè)基準(zhǔn)電源電路或附加的啟動元件。擴展電源電壓

LT8316采用散熱增強型20引腳TSSOP封裝，去除了4個接腳，以顯示高壓間隔。 透過對第三繞組的隔離輸出電壓采樣，無需采用光耦合器來進行穩(wěn)壓。 輸出電壓通過兩個外部電阻和第三個可選溫度補償電阻進行編程。 準(zhǔn)諧振邊界模式操作有助于實現(xiàn)出色的負(fù)載調(diào)整、小變壓器尺寸和低開關(guān)損耗，特別是在高輸入電壓下。 由于輸出電壓是在次級側(cè)電流幾乎為零時檢測，所以無需采用外部負(fù)載補償電阻和電容。 因此，LT8316解決方案采用的組件數(shù)量較少，大幅簡化了隔離反馳式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(參見圖1)。

圖1.完整的12 V隔離反馳式轉(zhuǎn)換器，適用于20 V至800 V廣泛輸出，最小啟動電壓為260 V。

LT8316的額定工作電壓最大為600 V，但可以通過更換與VIN引腳串聯(lián)的齊納二極管來進行擴展。齊納二極管的電壓會降低供給芯片的電壓，使得電源電壓超過600 V。

圖1所示為輸入電壓為18 V至800 V的反馳式轉(zhuǎn)換器的整個原理圖。 如需查看詳細(xì)的元件選擇指南，請參考LT8316產(chǎn)品資料手冊。 220 V齊納二極管與VIN針腳串聯(lián)時，最小啟動電壓為260 V，鑒于齊納二極管存在電壓容差，這個值可能存在微小差異。 注意，在啟動后，LT8316一般以低于260 V的電源電壓工作。

圖2顯示了不同輸入電壓下的效率，反馳式轉(zhuǎn)換器的峰值效率達到91%。 即使沒有光耦合器，不同輸入電壓下的負(fù)載調(diào)整仍然保持準(zhǔn)確，具體如圖3所示。

圖2.圖1中反馳式轉(zhuǎn)換器的效率。

圖3.圖1中反馳式轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和電壓調(diào)整率。

低啟動電壓設(shè)計

之前的解決方案雖然將輸入電壓擴展到800 V，但齊納二極體將最小啟動電壓提高到了260 V。這個挑戰(zhàn)在于，有些應(yīng)用既需要高輸入電壓，也需要低啟動電壓。

圖4所示為備選的800 V最大輸入電壓解決方案。這個電路使用齊納二極體和一個二極體來構(gòu)成電壓穩(wěn)壓器。輸入電壓可以穩(wěn)定增加至800 V，而VIN針腳的電壓穩(wěn)定保持在560 V左右。這個電路的優(yōu)點，在于它允許LT8316以更低的電源電壓啟動。

圖4.隔離反馳式轉(zhuǎn)換器的原理圖

非隔離降壓轉(zhuǎn)換器

LT8316的高壓輸入功能在簡單的非隔離降壓轉(zhuǎn)換器中可以輕鬆實現(xiàn)，且無需採用隔離式變壓器。其採用價格相對便宜的現(xiàn)成電感作為電磁元件。

對于非隔離降壓應(yīng)用，LT8316的接地針腳連接至降壓拓?fù)涞拈_關(guān)節(jié)點，其電壓可變。LT8316採用獨有的檢測方法，使其只在開關(guān)節(jié)點接地時檢測輸出電壓，因此降壓原理圖相當(dāng)簡單。

與反馳式轉(zhuǎn)換器一樣，降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓也可以擴展。圖5顯示了輸入電壓最高可達800 V的降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。LT8316的電源電壓和VIN針腳之間存在一個220 V齊納二極體。有鑑于齊納二極體存在電壓容差，最小的啟動電壓為260 V。啟動之后，LT8316繼續(xù)以更低的電源電壓正常運行。圖6顯示了不同輸入電壓下的效率，降壓轉(zhuǎn)換器的峰值效率達到91%。圖7顯示了負(fù)載和電壓調(diào)整率。

圖5.電源電壓最高800 V的非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖.

圖6.中降壓轉(zhuǎn)換器的效率。圖6.中降壓轉(zhuǎn)換器的效率。

圖7.中降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和電壓調(diào)整率。

與圖4中的反馳式轉(zhuǎn)換器類似，可以在電源電壓和VIN 針腳之間增加電壓穩(wěn)壓器，以使降壓轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)低啟動電壓。 需要注意的是，GND針腳和VIN引腳之間存在一個體二極管，它會增高晶體管的射極電壓，因而導(dǎo)致基礎(chǔ)射極擊穿。 為了防止這種情況出現(xiàn)，我們可通過增加兩個二極管來保護該晶體管。 圖8所示為低啟動電壓解決方案。

圖8.采用低啟動電壓的800 VIN非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。

結(jié)論

LT8316可通過準(zhǔn)諧振邊界模式工作，無需采用光耦合器即可實現(xiàn)出色穩(wěn)壓。 此外，它還具有豐富的特性，包括低漣波Burst Mode?工作、軟啟動、可編程電流限制、欠壓鎖定、溫度補償和低靜態(tài)電流。 高度集成簡化了零部件數(shù)量較少的高性能解決方案之設(shè)計，可涵蓋的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括從由電池供電的系統(tǒng)到汽車、工業(yè)、醫(yī)療、電信電源，以至于隔離輔助/家用電源等。

審核編輯：湯梓紅