通用反激式控制器大大降低可聞變壓器噪聲

高壓電源和電容器充電器在許多應(yīng)用中很容易找到，包括專業(yè)閃光燈、安全控制系統(tǒng)、脈沖雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和爆炸物雷管。LT3751 使設(shè)計(jì)人員能夠滿足這些應(yīng)用的苛刻要求，包括高可靠性、相對較低的成本、安全操作、最小的電路板空間和高性能。

LT3751 是一款通用反激式控制器，可用作一個(gè)穩(wěn)壓器或一個(gè)電容器充電器。LT3751 在介于連續(xù)導(dǎo)通模式和非連續(xù)導(dǎo)通模式之間的邊界模式下工作。邊界模式操作允許使用相對較小的變壓器，并總體上減小PCB尺寸。邊界模式還減少了使用電壓模式或PWM技術(shù)可能引起的大信號穩(wěn)定性問題。通過新的雙重疊調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，該技術(shù)同時(shí)使用峰值初級電流調(diào)制和占空比調(diào)制，從而大大降低可聞變壓器噪聲。

LT3751 具有許多安全性和可靠性功能，包括兩組欠壓閉鎖 （UVLO）、兩組過壓閉鎖 （OVLO）、空載操作、過熱閉鎖 （OTLO）、所有高壓引腳上的內(nèi)部齊納箝位，以及一個(gè)可選的 5.6V 或 10.5V 內(nèi)部柵極驅(qū)動器電壓箝位 （無需外部組件）。LT3751 還增加了一個(gè)啟動 / 短路保護(hù)電路，以防止變壓器或外部 FET 損壞。當(dāng)用作穩(wěn)壓器時(shí)，LT3751 的反饋環(huán)路在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償以確保穩(wěn)定性。LT3751 采用兩種封裝，即一個(gè) 20 引腳裸露焊盤 QFN 或一個(gè) 20 引腳裸露焊盤 TSSOP。

具有內(nèi)部箝位的新型柵極驅(qū)動器無需外部元件

使用柵極驅(qū)動器時(shí)有四個(gè)主要問題：輸出電流驅(qū)動能力、峰值輸出電壓、功耗和傳播延遲。LT3751 配備了一個(gè) 1.5A 推挽式主驅(qū)動器，足以驅(qū)動 +80nC 柵極。LT0 還集成了一個(gè)僅 5.3751A PMOS 上拉輔助驅(qū)動器，并與主驅(qū)動器并聯(lián)使用 V抄送電壓為8V及以下。此 PMOS 驅(qū)動器允許軌到軌操作。高于8V時(shí)，必須通過將漏極連接至V來停用PMOS驅(qū)動器抄送.

大多數(shù)分立式 FET 具有 V一般事務(wù)人員限制為20V。將FET驅(qū)動到高于20V可能會導(dǎo)致內(nèi)部柵極氧化物短路，從而導(dǎo)致永久性損壞。為了緩解這一問題，LT3751 具有一個(gè)內(nèi)部可選 5.6V 或 10.5V 柵極驅(qū)動器箝位。無需外部元件，甚至不需要電容器。只需將 CLAMP 引腳接地即可實(shí)現(xiàn) 10.5V 工作電壓或連接至 V抄送適用于 5.6V 工作電壓。圖1顯示了柵極驅(qū)動器在10.5V和V下箝位抄送電壓為24V。

圖1.典型應(yīng)用中的柵極驅(qū)動器波形。

內(nèi)部鉗位不僅可以保護(hù)FET免受損壞，還可以減少注入柵極的能量。這提高了整體效率并降低了柵極驅(qū)動器電路的功耗。柵極驅(qū)動器過沖非常小，如圖1所示。將外部 FET 放置在更靠近 LT3751 HVGATE 引腳的位置可減小過沖。

高壓、隔離式電容充電器，輸入范圍為10V至24V

LT3751 可配置為一款完全隔離的獨(dú)立電容器充電器，它采用一個(gè)新的差分不連續(xù)導(dǎo)通模式 （DCM） 比較器 （用于檢測邊界模式條件）和一個(gè)新的差分輸出電壓 （V外） 比較器。DCM比較器和V的差分操作外比較器允許 LT3751 采用高于 400V 的高電壓輸入電源準(zhǔn)確運(yùn)作。同樣，LT3751 的 DCM 比較器和 V外比較器可采用低至 4.75V 的輸入電源工作。這可容納無與倫比的電源范圍。

圖2所示為一個(gè)由10V至24V輸入電源驅(qū)動的高壓電容充電器。只需 3751 個(gè)電阻器即可將 LT50 用作電容器充電器。輸出電壓跳變點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)R450在9V至<>V范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)：

圖2.隔離式高壓電容充電器，輸入范圍為10V至24V。

一旦達(dá)到編程的輸出電壓跳變點(diǎn) （VOUT(TRIP)） 已到達(dá)。通過切換 CHARGE 引腳重復(fù)充電周期。輸出電容器中的最大充電/放電速率受變壓器溫升的限制。在沒有氣流的情況下將圖2中的變壓器表面溫度限制在65°C，要求平均輸出功率為≤40W，由下式給出：

其中VOUT（TRIP）是輸出跳閘電壓，VRIPPLE是輸出節(jié)點(diǎn)上的紋波電壓，頻率是充電/放電頻率。有兩種技術(shù)用于增加可用輸出功率：增加變壓器上的氣流，或增加變壓器本身的尺寸。圖3顯示了在不到100ms （R9 = 976Ω）內(nèi)充電至400V （R9 = 976Ω）的100μF輸出電容的充電波形和平均輸入電流。

圖3.隔離式高壓電容充電器充電波形。

對于高于450V的輸出電壓，必須將圖2中的變壓器更換為具有更高初級電感和更高匝數(shù)比的變壓器。請查閱LT3751的產(chǎn)品手冊，了解正確的變壓器設(shè)計(jì)程序。

高壓穩(wěn)壓電源，輸入電壓：10V 至 24V

LT3751 還可用于將一個(gè)低電壓電源轉(zhuǎn)換為一個(gè)高得多的電壓。將一個(gè)電阻分壓器從輸出節(jié)點(diǎn)置于 FB 引腳和地，可使 LT3751 充當(dāng)一個(gè)穩(wěn)壓器。圖4所示為一個(gè)400V穩(wěn)壓電源，工作在10V至24V輸入電源范圍。

圖4.10V 至 24V 輸入、400V 穩(wěn)壓電源。

LT3751 采用一種穩(wěn)壓控制方案，該方案可大幅降低變壓器以及輸入和輸出陶瓷大容量電容器中的可聞噪聲。這是通過使用一個(gè)內(nèi)部26kHz時(shí)鐘來同步初級繞組開關(guān)周期來實(shí)現(xiàn)的。在該時(shí)鐘周期內(nèi)，LT3751 負(fù)責(zé)調(diào)制峰值初級電流和開關(guān)周期數(shù)。圖5a和5b分別顯示了重載和輕載波形，而圖5c顯示了圖4中應(yīng)用的大部分工作范圍內(nèi)的效率。

圖5.高壓穩(wěn)壓器性能。

時(shí)鐘在每個(gè)周期強(qiáng)制至少一個(gè)開關(guān)周期，這會在空載條件下對輸出電容過度充電。LT3751 可處理空載情況并防止對輸出節(jié)點(diǎn)過度充電。圖 6 示出了 LT3751 在一個(gè)空載條件下的保護(hù)作用。

圖6.LT3751 可在一種空載條件下保護(hù)輸出。

可以在RVOUT和RBG中添加電阻以增加第二層保護(hù)，也可以省略電阻以減少將RVOUT和RBG接地來減少元件數(shù)量。VOUT比較器的跳變電平通常設(shè)置為比標(biāo)稱調(diào)節(jié)電壓高20%。如果電阻分壓器發(fā)生故障，當(dāng)輸出攀升至高于標(biāo)稱值20%時(shí)，VOUT比較器將禁用開關(guān)。

請注意，LT3751 的 FB 引腳也可用作電容器充電器。LT3751 作為一個(gè)電容器充電器運(yùn)作，直到 FB 引腳達(dá)到 1.225V，之后 LT3751 作為一個(gè)穩(wěn)壓器運(yùn)作。這樣可以使電容器保持充滿電狀態(tài)，直到應(yīng)用需要使用其能量。輸出電阻分壓器形成從輸出電容到地的漏電路徑。當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，LT3751 反饋電路將通過小的低電流突發(fā)充電保持電容器的充電狀態(tài)，如圖 6 所示。

高輸入電源電壓、隔離式電容充電器

如上所述，LT3751差分DCM和V外比較器允許該器件在非常高的輸入電源電壓下精確工作。離線式電容充電器（如圖7所示）可在100V至400V的直流輸入電壓下工作。變壓器提供從輸入電源到輸出節(jié)點(diǎn)的電流隔離，無需額外的磁性元件。

圖7.一個(gè)100V至400V輸入，500V輸出，隔離電容充電器。

輸入電壓大于 80V 時(shí)，需要在 DCM 和 VOUT 比較器上使用電阻分壓器（僅限充電器模式）。通過R10和R11增加電流IQ，提高了VOUT跳變門限的精度;然而，R6/R7的比率應(yīng)與R10/R11非常匹配，公差接近0.1%。一個(gè)技巧是使用電阻陣列來產(chǎn)生所需的比率。實(shí)現(xiàn)0.1%的比率精度并不困難，與使用單獨(dú)的0.1%表面貼裝電阻器相比，可以降低總成本。請注意，各個(gè)電阻的絕對值并不重要，重要的是R6/R7和R10/R11的比值。DCM比較器不太重要，可以容忍大于1%的電阻變化。

采用 0.1% 電阻分壓器時(shí)，100V 至 400VDC 輸入電容充電器在整個(gè)工作范圍內(nèi)具有優(yōu)于 6% 的總體 VOUT（TRIP） 精度。圖8顯示了圖7中電路的VOUT（TRIP）和充電時(shí)間的典型性能。

圖8.隔離式電容充電器 V外出（行程）以及相對于輸入電壓的充電時(shí)間。

高輸入電源電壓、非隔離電容充電器/穩(wěn)壓器

LT3751 的 FB 引腳還可配置為從一個(gè)高輸入電源電壓對電容器進(jìn)行充電。只需將電阻分壓器從輸出節(jié)點(diǎn)連接到FB引腳即可。R上的電阻分壓器VTRANS和 R直流電機(jī)引腳可以承受 5% 的電阻，并且所有 RV（輸出）和 RBG移除引腳電阻器。這降低了所需元件的數(shù)量和公差，減少了電路板空間和整體設(shè)計(jì)成本。利用輸出電壓電阻分壓器，圖9中的電路也是一款功能齊全的高效穩(wěn)壓器，負(fù)載和線路調(diào)整率優(yōu)于1%。圖9所示電路的效率和線路調(diào)整率分別如圖10a和圖10b所示。

圖9.100V至400V輸入，400V輸出，電容充電器和穩(wěn)壓器。

圖 10.高壓輸入和輸出穩(wěn)壓器性能。

或者，可以將一個(gè)電阻從 VOUT 連接到 OVLO1 引腳或 OVLO2 引腳。這模仿VOUT比較器，一旦達(dá)到目標(biāo)電壓就停止充電。FB 引腳接地。必須切換 CHARGE 引腳以啟動另一個(gè)充電序列，因此 LT3751 僅用作電容器充電器。圖9省略了電阻R12，電阻R11從VOUT直接連接到OVLO1或OVLO2。R11使用以下公式計(jì)算：

請注意，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)輸出電壓VOUT（TRIP）時(shí)，OVLO1或OVLO2將導(dǎo)致FAULT引腳指示故障。

帶隔離的高壓輸入/輸出穩(wěn)壓器

使用從輸出節(jié)點(diǎn)到FB引腳的電阻分壓器可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，但不提供電流隔離。在圖11所示電路中的變壓器中增加了兩個(gè)輔助繞組，以驅(qū)動反饋電阻分壓器上的FB引腳、LT3751控制器和光耦合器。輔助繞組提供所需的電流隔離邊界，同時(shí)保持從輸出節(jié)點(diǎn)到 LT3751 FB 引腳的隔離反饋路徑。圖12和圖13顯示了穩(wěn)壓器的性能。

圖 11.完全隔離的高輸出電壓穩(wěn)壓器。

完全隔離的高壓輸入/輸出穩(wěn)壓器可產(chǎn)生超過 90% 的效率。如圖13b所示，負(fù)載調(diào)整率非常出色，這主要是由于光耦合器電路增加了增益。

圖 12.開關(guān)波形。

圖 13.完全隔離的高壓穩(wěn)壓器性能。

結(jié)論

LT4 能夠在 75.400V 至高于 3751V 的任何輸入電源電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，以及豐富的安全功能，使得 LT3751 成為高電壓電容器充電器或高電壓穩(wěn)壓電源的絕佳選擇。事實(shí)上，LT3751 是目前唯一一款能夠在極高的輸入電壓條件下準(zhǔn)確運(yùn)作的邊界模式電容器充電器控制器。LT3751 通過集成許多功能（由于成本和電路板空間）簡化了設(shè)計(jì)，否則這些功能將無法實(shí)現(xiàn)。盡管此處顯示了幾種設(shè)計(jì)，但 LT<> 包含的功能比我們在一篇文章中展示的要多得多。我們建議查閱數(shù)據(jù)表或致電凌力爾特應(yīng)用工程部門，以更深入地了解所有可用功能。

審核編輯：郭婷