阻隔式DC/DC转换器是很多运用所必需的组件,这些运用包含了电能计量、PLC、IGBT驱动器电源、工业现场总线和工业自动化等。此类转换器常用于供给电流阻隔、改进安全性及提高抗噪声才能。并且,它们还可用来生成包含双极性电源轨在内的多个输出电压轨。
依照输出电压调理准确度,阻隔式DC/DC转换器常常分为三类,即:已调理型、未调理型和半调理型。本文将评论各种不同的调理计划和对应的拓扑。对影响调理准确度的要素进行了具体地查看。这将构成一些可在实践规划中改进调理准确度的规划小贴士。此外,还论述了每种计划的优缺陷,旨在为挑选针对某种特定运用需求的适宜解决计划供给辅导。
阻隔式DC/DC转换器的反应与操控
阻隔式DC/DC转换器一般选用一个变压器,以完成输出和功率级输入的电阻隔(图1)。
在闭环阻隔式DC/DC转换器中(图2),反应电路担任检测输出电压,并通过把检测电压与其目标值(反应电压基准)进行比较,以生成一个差错。该差错随后被用于调整操控变量(在本例中为占空比)以补偿输出误差。别的,初级侧与次级侧上的操控电路之间的电流阻隔也是必不可少的。此类阻隔可通过选用一个变压器或光耦合器来完成。假定基准电压VREF在整个温度范围内坚持精准和安稳,那么调理准确度将首要取决于输出电压检测准确度(换句话说便是,VSENSE与VOUT类似度的凹凸)。
未调理型阻隔式DC/DC转换器
未调理型阻隔式DC/DC转换器(也被称为开环阻隔式 DC/DC 转换器)在那些不需求精准输出电压的运用中得到了广泛的运用。一种典型的运用是具有 50% 固定占空比的推挽式转换器(图3)。操控电路仅包含一个振荡器和两个栅极驱动器,其可发生两个具有50%固定占空比的互补栅极信号,用以驱动Q1和Q2。挑选恰当的变压器匝数比以供给所需的输出电压。既不需求反应电路也不需求信号阻隔器,然后缩减了本钱和解决计划尺度。
推挽式转换器实质上是一种正向导出式拓扑(forward-derived topology)。当其以50%的固定占空比运作时,输出电压调理能够运用图4中的等效电路来具体论述。R是次级变压器绕组和走线的等效电阻。输出电压可由式(1)来表达:
式中的VR是电阻器R两头的电压降,VF是二极管正向电压降,这两者均与负载电流有关。并且,VR和VF还会跟着环境温度而改变,VOUT亦然。如式(1)所示,除了负载电流和环境温度之外,VIN也是影响VOUT的一个要素。这些要素底子没有进行补偿,因此有或许导致明显的输出电压改变。这类转换器之所以被为未调理型,原因即在于此。
与推挽式转换器类似,未调理型阻隔式DC/DC转换器的其他常用拓扑是半桥和全桥(H桥)式转换器。因为本钱低且电路非常简略,因此这些未调理型阻隔式DC/DC转换器常被用作DC变压器,以供给电流阻隔。低压降(LDO)稳压器一般用作后置稳压器,以供给低噪声和低纹波电源。
已调理型阻隔式DC/DC转换器
在未调理型阻隔式DC/DC转换器中,输入电压、负载电流和环境温度均会影响输出电压准确度。在那些精准输出电压和严厉调理至关紧要的运用中,这是无法承受的,因此应选用已调理型阻隔式DC/DC转换器。咱们以图5所示的反激式转换器为例来具体论述怎么完成严厉的调理。与未调理型推挽式转换器(图3)比较,已调理型反激式转换器具有一个额定的反应电路。别的,还选用了一个光耦合器以把操控信号从次级侧传输至初级侧,一起完成电流阻隔。
选用光耦合器的优势在于能够把反应电路布设在次级侧。这样,就能够直接感测和调理输出电压(即 VSENSE=VOUT),这反过来又补偿了输入电压、负载电流和温度对输出电压调理的一切影响。因此,一般能够预期在整个作业输入电压、负载电流和温度范围内完成1%至3%的严厉调理准确度。
运用光耦合器也有几个缺陷。首要,光耦合器在操控环路中引入了一个额定的极点,这将下降转换器带宽。其次,光耦合器具有很大的逐件变异(unit-to-unit variation)以及电流传输比(CTR)中的温度和寿数劣化,因此使得操控环路规划遭到束缚。
半调理型阻隔式DC/DC转换器
未调理型阻隔式DC/DC转换器尽管不需求任何光耦合器,但其无法供给任何的调理。与之相反,已调理型阻隔式DC/DC转换器可供给严厉的输出电压调理,但是却需求运用一个光耦合器。在许多运用中,客户或许不期望选用光耦合器,但要求对输出电压施行必定程度的调理。所谓半调理型阻隔式DC/DC转换器将是适宜的解决计划。
从输出电压调理的视点来看,半调理型阻隔式DC/DC转换器介乎于未调理型和已调理型阻隔式DC/DC转换器之间。与已调理型阻隔式DC/DC转换器类似,半调理型阻隔式DC/DC转换器也具有一个反应电路。但是,它并不直接感测和调理输出。取而代之的是,它只检测一个与次级侧上的输出电压类似、但一般参阅于初级输入电压的电压。这些办法或许不能完成与已调理型阻隔式DC/DC转换器准确度相同的输出电压,但其免除了光耦合器,一起获得了相当好的输出电压调理功能。在本文中评论的三个比如是Fly-Buck转换器、具有交叉调理输出的反激式转换器和初级侧调理(PSR)反激式转换器。