擴(kuò)展600V輸入、無(wú)光耦合器隔離式反激式控制器的電源電壓

Yuchen Yang and William Xiong

在傳統(tǒng)的隔離式高壓反激式轉(zhuǎn)換器中，使用光耦合器將穩(wěn)壓信息從副邊基準(zhǔn)電壓源電路傳輸?shù)匠跫?jí)側(cè)，可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的穩(wěn)壓。問(wèn)題在于，光耦合器大大增加了隔離設(shè)計(jì)的復(fù)雜性：存在傳播延遲、老化和增益變化，所有這些都使電源環(huán)路補(bǔ)償復(fù)雜化，并可能降低可靠性。此外，在啟動(dòng)期間，需要放放電阻或高壓?jiǎn)?dòng)電路來(lái)初始為IC上電。除非在啟動(dòng)元件上增加額外的高壓MOSFET，否則泄放電阻器是造成不受歡迎的功率損耗的來(lái)源。

LT?8316 是一款微功率、高壓反激式控制器，不需要光耦合器、復(fù)雜的次級(jí)側(cè)基準(zhǔn)電路或額外的啟動(dòng)組件。

擴(kuò)展電源電壓

LT8316 采用耐熱性能增強(qiáng)型 20 引腳 TSSOP 封裝，并移除了 8316 個(gè)引腳以實(shí)現(xiàn)高電壓間隔。通過(guò)對(duì)來(lái)自第三個(gè)繞組的隔離輸出電壓進(jìn)行采樣，無(wú)需光耦合器即可進(jìn)行穩(wěn)壓。輸出電壓由兩個(gè)外部電阻器和第三個(gè)可選溫度補(bǔ)償電阻器設(shè)置。準(zhǔn)諧振邊界模式操作有助于實(shí)現(xiàn)出色的負(fù)載調(diào)節(jié)、小變壓器尺寸和低開(kāi)關(guān)損耗，尤其是在高輸入電壓下。由于在次級(jí)電流幾乎為零時(shí)檢測(cè)輸出電壓，因此無(wú)需外部負(fù)載補(bǔ)償電阻器和電容器。因此，LT1解決方案具有低組件數(shù)，大大簡(jiǎn)化了隔離式反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖<>）。

圖1.完整的12 V隔離反激式轉(zhuǎn)換器，適用于20 V至800 V的寬輸入，最小啟動(dòng)電壓為260 V。

LT8316 的額定工作電壓為 V在最高 600 V，但可以通過(guò)將齊納二極管與 V 串聯(lián)來(lái)擴(kuò)展在針。齊納二極管兩端的壓降降低了施加到芯片上的電壓，使電源電壓超過(guò)600 V。

圖1顯示了具有18 V至800 V寬輸入范圍的反激式轉(zhuǎn)換器的完整原理圖。LT8316數(shù)據(jù)手冊(cè)中詳細(xì)介紹了元件選擇指南。220 V 齊納二極管與 V 串聯(lián)在引腳，啟動(dòng)時(shí)的最小電源電壓為260 V，給予或接受，考慮齊納二極管的電壓容差。請(qǐng)注意，啟動(dòng)后，LT8316將在電源電壓低于260 V的情況下正常工作。

圖2顯示了不同輸入電壓下的效率，反激式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了91%的峰值效率。即使沒(méi)有光耦合器，不同輸入電壓下的負(fù)載調(diào)節(jié)也保持嚴(yán)格，如圖3所示。

圖2.反激式轉(zhuǎn)換器的效率如圖1所示。

圖3.圖1中反激式轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和線路調(diào)整率。

低啟動(dòng)電壓設(shè)計(jì)

以前的解決方案將輸入電壓擴(kuò)展到800 V，但齊納二極管將最小啟動(dòng)電壓提高到260 V。挑戰(zhàn)在于某些應(yīng)用需要高輸入電壓和低啟動(dòng)電壓。

另一種800 V最大輸入電壓解決方案如圖4所示。該電路使用齊納二極管和晶體管構(gòu)成穩(wěn)壓器。輸入電壓可以安全地達(dá)到 800 V 與 V在引腳穩(wěn)壓在 560 V 左右。該電路的優(yōu)點(diǎn)是它允許LT8316在較低的電源電壓下啟動(dòng)。

圖4.隔離式反激式轉(zhuǎn)換器原理圖：20 V至800 V輸入至12 V，啟動(dòng)電壓低。

非隔離降壓轉(zhuǎn)換器

LT8316 的高電壓輸入能力可輕松應(yīng)用于不需要隔離變壓器的簡(jiǎn)單、非隔離式降壓型轉(zhuǎn)換器。采用相對(duì)便宜的現(xiàn)成電感器作為磁性元件。

對(duì)于非隔離降壓應(yīng)用，LT8316 的接地引腳連接到降壓拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)可變電壓。LT8316 獨(dú)特的檢測(cè)方案僅在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)接地時(shí)才能看到輸出電壓，從而得出一個(gè)簡(jiǎn)單的降壓原理圖。

與反激式轉(zhuǎn)換器一樣，降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓可以延長(zhǎng)。圖5顯示了輸入電壓高達(dá)800 V的降壓轉(zhuǎn)換器原理圖。220 V齊納二極管放置在電源電壓和V之間在LT8316 的引腳?？紤]到齊納二極管的電壓容差，啟動(dòng)時(shí)的最小電源電壓為260 V。啟動(dòng)后，LT8316 在較低的電源電壓下繼續(xù)正常工作。圖6顯示了不同輸入電壓下的效率，降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了91%的峰值效率。負(fù)載和線路調(diào)整率如圖7所示。

圖5.電源電壓高達(dá)800 V的非隔離式降壓轉(zhuǎn)換器原理圖。

圖6.降壓轉(zhuǎn)換器的效率如圖5所示。

圖7.圖5中降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載和線路調(diào)整率。

與圖4中的反激式轉(zhuǎn)換器類似，可以在電源電壓和V之間增加一個(gè)穩(wěn)壓器。在引腳，以實(shí)現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換器的低啟動(dòng)電壓。應(yīng)該注意的是，從GND引腳到V有一個(gè)體二極管在引腳，它提高了晶體管的發(fā)射極電壓并導(dǎo)致基極-發(fā)射極擊穿。為了防止這種情況，增加了兩個(gè)二極管來(lái)保護(hù)晶體管。低啟動(dòng)電壓解決方案如圖8所示。

圖8.800 V 原理圖在具有低啟動(dòng)電壓的非隔離式降壓轉(zhuǎn)換器。

結(jié)論

LT8316 在準(zhǔn)諧振邊界模式下工作，無(wú)需光耦合器即可實(shí)現(xiàn)出色的調(diào)節(jié)性能。此外，它還具有豐富的特性，如低紋波突發(fā)模式操作、軟啟動(dòng)、可編程電流限制、欠壓鎖定、溫度補(bǔ)償和低靜態(tài)電流。高集成度簡(jiǎn)化了從電池供電系統(tǒng)到汽車、工業(yè)、醫(yī)療、電信電源和隔離式輔助/內(nèi)務(wù)管理電源等各種應(yīng)用中低元件數(shù)量、高效率解決方案的設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷