阻隔型分立式正向 DC/DC 规划需求很少外部组件

导言

曩昔 25 年来，高密度阻隔型 DC/DC 转化器现已发生了明显改变。25 年前，全砖和半砖外形尺度的推出招引了人们蜂拥而至，将其用于电信、数据通信、工业和医疗体系中的分布式电源架构中，在这类体系中，总线电压供应体系中的每一块电路板，并且每个电路板都有自己的阻隔型 DC/DC 转化器。许多这类砖结合了几百个器材，因而比较在 PCB 上规划分立式电源，运用这类砖会简略得多。那时，几家电源公司匆忙进入了这一商场，追逐这一范畴的领导者。许多公司阅历了几年艰苦详尽的开发，将产品面向了商场，开发了自己的磁性组件、拓扑和操控电路，并一向企图逾越同类产品。这些产品许多终究与同类产品有相同的占板面积，还有一些具有取得专利的尺度和引出脚装备。最终，这些产品扩展至包含 1/4、1/8 和 1/16 砖，以及视所需输出功率不同而有许多改变的其他尺度。

不过，跟着专用 DC/DC 操控器和单片器材的推出以及现成有售的平面电源变压器和电感器的呈现，使分立式规划比曾经简略多了。实际上，阻隔型反激式规划能够用 15 个器材完成，正向转化器则需求 20 个器材。在新的专用操控器和单片器材年代，规划师具有了开发阻隔型 DC/DC 转化器的各种不同途径。改进的 MOSFET 开关、 VDS 额定值和 RDS(ON) 也使得完成这类分立式规划更简略了。有些规划在反应环路中也不再需求光耦合器或信号变压器了，并且许多规划能够用于军事运用，在 -55°C 至 150°C 的温度规模内作业。

许多 DC/DC 转化器运用都需求阻隔输出，而不仅是电信和数据通信规则了 48V 阻隔要求。关于需求把地和带噪声的输入电压阻隔之噪声灵敏型设备而言，例如轿车电池、中心总线和工业输入，阻隔是必要的。具噪声的总线电压或许对显现器、可编程逻辑操控器、GPS 体系以及一些医疗监督设备形成负面影响。用于查看的相机、牙科仪器、睡觉和生命体征监督器等都有显现器，都或许遭到带噪声的电源电压之晦气影响。但是，阻隔型电源供给了与地的阻隔，可消除噪声引起的显现器反常。

凌力尔特有全线的特定拓扑操控器，可用在阻隔型高密度 DC/DC 转化器中，以完成反激式、正向、推挽、全桥式拓扑。有些版别有同步整流，有些则没有，大多数没有光耦合器，有些用信号变压器闭合反应环路，另一些则检测来自主端变压器绕组的输出电压。这些操控器供给两种根本输入电压规模，一种用于工业商场 (9V 至 32V)，另一种用于电信 / 数据通信商场 (36V 至 75V)，还有一些在 18V 至 75V 输入电压规模内作业。凌力尔特为所有这些拓扑以及 1.2V 至 48V 的输入电压和输出电压供给预制规划。用户能够取得每种规划的演示电路板、电气原理图、用料单以及 Gerber 文件。快速起动攻略供给功用曲线，包含负载 / 电压调理、纹波和噪声、功率和瞬态呼应。

阻隔型正向转化器

在阻隔型高密度 DC/DC 转化器中最盛行运用的拓扑之一是正向转化器。凌力尔特供给几种类型的正向操控器，有些用单个主端 IC 完成操控，另一些则一同有主端和副端 IC，以完成操控、守时以及驱动同步 MOSFET。具有同步整流和多相交织功率级的最新操控器 IC 使降压型转化器完成了简略性、高功率和快速瞬态呼应，因而规划师长久以来一向很获益。现在正向转化器也具有了降压型转化器这些长处，不久前推出的 LT8310 便是一个比如，该器材可构成组件数很少的运用。实际上，图 1 中的 LT8310 原理图仅用了 20 个组件，就构成了一个输出功率高达 78W 的阻隔型正向转化器。

图 1：LT8310 阻隔型正向转化器仅用 20 个组件就可供给 78W 输出功率

这个电路用标称 48V 输入以高达 6.5A 电流发生 12V 输出，功率高达 92%。这款主端正向操控器具有谐振复位运转功用，在 6V 至 100V 输入电压规模内作业，以供给高达 200W 功率为方针。这款器材可用在同步或非同步运用中。就同步运转而言，LT8310 经过脉冲变压器向副端 MOSFET 驱动器发送操控信号以完成同步整流守时。同步规划对较高功率或较低输出电压运用最有利。无需运用光耦合器，就可完成 ±8% 的输出电压调理，如图 2 所示。

图 2：图 1 原理图中 LT8310 的输出电压调理

运用光耦合器时，能够完成 ±1.5% 的调理。可编程伏-秒箝位针对变压器复位供给维护，以避免饱满并维护 MOSFET。这一功用优化了变压器和 MOSFET，减小了整体解决方案尺度。LT8310 选用 TSSOP-20 封装，并去掉了几个引脚以供给高压距离。

反激式转化器规划

在较低功率要完成乃至更简略的阻隔型 DC/DC 转化器，能够运用反激式拓扑。反激式转化器许多年来一向广泛用于阻隔型 DC/DC 运用，但这种转化器未必是规划师的首选。电源规划师之所以无可奈何挑选反激式转化器，是因为有必要满意较低功率阻隔要求，而不是因为这种转化器更易于规划。因为操控环路中存在右半平面零点，所以反激式转化器有安稳性问题，而光耦合器的老化和增益改变使这一问题进一步杂乱化了。反激式转化器需求在变压器规划上花费许多时刻，因为一般现成有售的磁性组件可选规模有限，并且还有或许需求定制变压器，所以变压器规划使命愈加杂乱了。电源转化技术范畴的最新前进现已使阻隔型转化器更简略规划了。凌力尔特的 LT8302 阻隔型反激式转化器消除了许多这类反激式规划的妨碍。

LT8302 无需光耦合器、副端基准电压和额定的第三个变压器绕组，并且仅经过电源变压器这一个组件跨接在阻隔势垒两头，就可坚持主端和副端阻隔。LT8302 选用主端检测办法，能够经过反激的主端开关节点波形检测输出电压。在开关断开时，输出二极管向输出供给电流，输出电压反射回反激式变压器的主端。开关节点电压的起伏是输入电压和反射回来的输出电压之和，LT8302 能够重建输出电压。这种输出电压反应办法在整个电压、负载和温度改变规模内发生优于 ±5% 的整体稳压。图 3 显现了选用 LT8302 的反激式转化器原理图，该转化器仅用了 14 个外部组件。

图3：具主端输出电压检测的 LT8302 反激式转化器

LT8302 选用 8 引线耐热增强型 SO-8 封装，接受 2.8V 至 42V 输入电压。其具有巩固的 3.6A、65V 内部 DMOS 电源开关答应该器材供给高达 18W 左右的输出功率。

此外，LT8302 在轻负载时以低纹波突发形式 (Burst Mode®) 运转，这使静态电流降至仅为 106µA，因而在休眠形式、输出电压处于安稳状况时延长了电池运转时刻。其他特色包含内部软启动和欠压闭锁。设定输出电压仅需求变压器匝数比和一个外部电阻器。

主端输出电压检测

阻隔型转化器的输出电压检测一般需求光耦合器和副端基准电压。光耦合器经过光链路发送输出电压反应信号，一同坚持阻隔势垒。不过，光耦合器传输比随温度及老化而变，这降低了精确度。不同光耦合器之间还有或许是非线性的，这导致不同电路之间增益 / 相位特性不同。选用额定变压器绕组完成电压反应的反激式规划也可用来闭合反应环路。但是，这个额定的变压器绕组增大了变压器的尺度和本钱，并且不能供给非常好的输出电压安稳度。

LT8302 在变压器主端检测输出电压，因而无需光耦合器或额定的变压器绕组。在功率晶体管断开时，在主端开关节点波形处能够精确地丈量输出电压，如图 4 所示，其间 N 是变压器匝数比，VIN 是输入电压，VC 是最高箝位电压。

图 4：典型的开关节点波形

针对 LT8302 的变压器挑选和规划考虑

变压器功用标准和规划对成功运用 LT8302 或许是最要害的。除了规划高频阻隔型电源变压器一般需求留意的事项，即低走漏电感和紧耦合，变压器匝数比也有必要严格操控。

凌力尔特现已与几家磁性组件制造商打开协作，以出产能与 LT8302 一同运用的预规划反激式变压器。表 1 列出了一些引荐运用的现成有售 Wurth Electronik 变压器，这些变压器也列在 LT8302 数据表中。这些变压器一般能够在继续 1 分钟时刻内接受 1500VAC 主端至副端击穿电压。也能够运用击穿电压更高的变压器和定制变压器。

表 1：可与 LT8302 一同运用的现成有售变压器

定论

广泛供给的专用操控 IC 现已使各公司能够规划自己的高密度 DC/DC 转化器，而不用阅历规划师几年前还有必要面临的绵长开发周期。各公司答应其规划师全面操控规划和所用组件，然后使规划师能够规划标准产品或许不供给的特定功用，并且常常答应规划师完成更低的整体本钱。跟着特定拓扑操控器、现成有售平面磁性组件、专用电路、演示电路板以及 Gerber 文件的供给，用户现在有了全面的电源转化规划组件，然后能够更简略、更简洁地出产自己的阻隔型 DC/DC 转化器了。