LT8301 無光耦反激DCDC的應(yīng)用設(shè)計(jì)

本次與大家分享的是世健和ADI聯(lián)合舉辦的《在ADI電源產(chǎn)品的花園里“挖呀挖”》主題活動的三等獎文章：《LT8301 無光耦反激DCDC的應(yīng)用設(shè)計(jì)》及作者獲獎感言。

獲獎感言

LT8301無光耦反激DCDC

的應(yīng)用設(shè)計(jì)

非常感謝世紀(jì)電源網(wǎng)與世健組織的這次ADI產(chǎn)品應(yīng)用與技術(shù)分享活動，也非常榮幸能獲得獎品，在分享的過程中也鞏固了一些基本知識，后續(xù)我會繼續(xù)分享一些應(yīng)用案例，希望大家能參與進(jìn)來，互相交流和探討，共同進(jìn)步。

作者：l1250455243

所在行業(yè)：電源

應(yīng)用領(lǐng)域：汽車電源，DCDC輔助電源，無光耦原邊反饋反激電源

應(yīng)用案例名稱：汽車輔助電源

ADI電源產(chǎn)品類型：開關(guān)穩(wěn)壓器

ADI電源產(chǎn)品型號：lt8301

前言

各位同行們大家好，本人做電源已經(jīng)很多年了，用過很多品牌電源產(chǎn)品的芯片，ADI的芯片，一直以來給人的印象就是可靠，性能出眾。自從入行來就經(jīng)常逛世紀(jì)電源網(wǎng)，看各大佬版主的經(jīng)驗(yàn)分享，和同行們交流分享技術(shù)研討，因此深受啟發(fā)，學(xué)到了各種電源知識。現(xiàn)借此機(jī)會用LT8301設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的輔助電源，給大家分享一下這個(gè)過程，歡迎大家來一起指導(dǎo)和交流。

本次分享我將按以下幾個(gè)內(nèi)容展開：

一、 設(shè)計(jì)目標(biāo)

二、 LT8301的性能及優(yōu)勢介紹

三、 原理圖

四、 變壓器設(shè)計(jì)

五、 關(guān)鍵器件計(jì)算與選取

六、 LTspice仿真

七、 PCB layout

八、 測試驗(yàn)證

01

設(shè)計(jì)目標(biāo)

給后級MCU等供電，輸入接12V電池，考慮電池的波動，設(shè)計(jì)輸入：9~24V 輸出:5V/1A max，隔離，尺寸小。

02

LT8301性能及優(yōu)勢介紹

一般的反激都是通過變壓器副邊采樣輸出電壓，然后通過光耦傳輸?shù)皆吔o芯片作為控制信號的。還有一種是采用3個(gè)繞組的原邊反饋，從第三個(gè)繞組取電給芯片供電，同時(shí)采樣電壓（此繞組電壓與輸出電壓為比例關(guān)系）給芯片做控制。這些方式都有一些缺點(diǎn)，成本偏高，光耦受溫度的影響，三繞組的變壓器貴，體積大占空間。

現(xiàn)有LT830X系列的2繞組的原邊反饋反激，變壓器只需要原副邊繞組即可，通過原邊的1顆電阻便可對副邊電壓經(jīng)行采樣和控制。

以下便是LT8301規(guī)格書的典型應(yīng)用電路：

簡單介紹下LT8301，這是LT830X系列里的其中之一，這個(gè)系列都是兩繞組的原邊反饋反激，主要是支持不同電壓等級，以及是否內(nèi)置MOSFET的區(qū)別。類似的還有MAX17690，外置MOS 支持更高的輸出功率，成本也會好一點(diǎn)。

LT8301是支持AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證的，靜態(tài)電流在sleep 模式下只有100uA ，輕載工作在burst 模式，重載工作在臨界模式。內(nèi)置65V/1.2A MOS 且封裝為TSOT23 ,尺寸比較小。內(nèi)建軟啟動，輸出短路保護(hù)，支持多路輸出以及負(fù)壓輸出應(yīng)用，峰值效率可以到85%以上。

03

電路原理圖

04

變壓器設(shè)計(jì)

先估算匝比，由于內(nèi)部集成65V 管子，所以反射電壓+最大輸入電壓+尖峰<65V*90%。副邊肖特基選用RB060MM-30TF *2 ，30V/ 2A /AEC-Q101。副邊肖特基壓降Vf=0.45V；Vinmax=24V；原副邊匝比為Nps,反射電壓Vor=(Vf+Vo)*Nps。

尖峰電壓為Vspike ,一般取0.4*Vinmax 效率最好（一本書上看到的，但忘了），取的越小對變壓器要求越高，漏感需要做的比較小。

Vor+Vinmax+Vspike<58.5 ,?

解得 Nps<4.56 。

針對副邊有 Vinmax/Nps +Vo <30*0.8 得 Nps>1.26 ；Nps 可取2, 3 ,4。

以取Nps=4。

首先看Toff 時(shí)，副邊電感提供輸出能量（工作在臨界模式）

（Vo+Vf）=Ls* , Ls是副邊感量，Lp=Ls*,Lp= （Vo+Vf）*Toff*Nps/Isw

Lp≥（Vo+Vf）*Toff（min）*Nps/Isw(min); Toff（min）=450ns , Isw(min)=290mA，Lp≥33uH。Ton 時(shí)，原邊電感充電

Vinmax≤Lp*Isw(min)/Ton(min);Ton(min)=170ns ,Isw(min)=290mA

得Lp≥14uH。

Lp可選40uH 。

Dmax==70% ; Dmin==47%

原邊最大有效值電流為：Isw(max)* = 575mA ; Isw(max)=1.2A

副邊最大有效值電流為：Isp(max)* = 1.5A

Ton min= , Toff min=

Fsw= = 238kHz

趨膚深度為δ= 電流密度取J

原邊線徑：Φ1=0.34mm Φ0.17mm*2

副邊線徑Φ2=0.56mm Φ0.2mm*3

選擇EP10 , PC47材質(zhì)

AE=11.3mm2 ，B=0.2T

可知原邊：Np= Uinmin*Tonmax/(B*AE)=21 取24匝

副邊 Ns=6匝。

參數(shù)可以優(yōu)化折中，選擇現(xiàn)有的過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)變壓器。

05

關(guān)鍵器件計(jì)算與選取

Cout≥Lp*Isw2/（2*Vo*ΔVo）=23uF ,

ΔVo=5%*Vo ；紋波越小，容值越大。

吸收電路選用穩(wěn)壓二極管，有利于保持效率的同時(shí)，防止MOSFET擊穿。

Vzener≤65-Vinmax=41V 可選取30V 穩(wěn)壓管

Rfb= Nps*(Vo+Vf)/100uA =218kΩ 取220kΩ。

R1= Vin(HYS)/2.5uA=806kΩ ，Vin(HYS)=2V

R2=232kΩ ，可設(shè)置為欠壓保護(hù)點(diǎn)為7.5V （公式見規(guī)格書）

最小負(fù)載的要求：

I LOAD(MIN) =Lp*(360mA )2*10.6kHz /2/5V=5.5mA。

R4可取820kΩ。

06

LTspice仿真

變壓器耦合系數(shù)設(shè)置為0.998。

輸入9V ，輸出只有5V/0.73A=3.6W左右，符合匝比為4的負(fù)載曲線。

Ton=6.56us，T=9.02us，Dmax=72% ,與計(jì)算幾乎一致 。

原邊有效值電流為674mA ,與計(jì)算值575mA 有點(diǎn)偏差，軟件應(yīng)該是算上了電流振蕩尖峰的能量。

輸入24V, 輸出5V/1.3A Vds電壓小于65V .

輸入12V, 輸出4.8V/0.97A。

從仿真來看基本達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

接下來有空會把layout做一下，然后焊個(gè)板子測試一下，其實(shí)這個(gè)料關(guān)鍵在于變壓器設(shè)計(jì)，后續(xù)看有沒現(xiàn)成的骨架和磁芯，繞一個(gè)出來試試。

下面給大家介紹一下何為burst模式。

這款芯片是通過原邊電阻反饋來控制，是在Toff 時(shí)采集SW端的電壓，這個(gè)電壓包含了從副邊反射到原邊的電壓加上輸入電壓，所以在輕載時(shí)如果要控制輸出電壓，至少是要有開關(guān)動作。芯片定義了最小開關(guān)周期10kHz，導(dǎo)通時(shí)間是按照最小的開關(guān)電流290mA來限定的，因此這種工作模式被叫做burst 模式。

周末閑來無事，把layout做了一下，發(fā)去打樣了。就差變壓器了。

本次分享就進(jìn)行到這里了，歡迎大家一起進(jìn)行補(bǔ)充與探討，謝謝。