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利用無需光耦合器的反激式隔離電源解決設計難題

鉅大LARGE  |  點擊量:939次  |  2020年06月16日  

目前,簡單性和高效率不再是反激式隔離電源的可選項了,在這種情況下,能夠不使用光耦合器以提高性能無疑具有重要意義。光耦合器通常用在低功率(10W~60W)反激式隔離電源的反饋環路中。利用副端電壓基準和誤差放大器驅動光耦合器,將控制信號送回主端以進行電壓調節和瞬態響應。這種方法除了器件密集,還由于在反饋環路中放置了一個光耦合器而引入了很多設計問題。反饋環路中的光耦合器工作時要保持相對小的電流傳輸比(CTR)容限,電流傳輸比又常被稱為增益。在0℃~70℃,一般光耦合器CTR的變化幅度可能達到100%,因此光耦合器很難保持恰當的增益裕度和相位裕度。光耦合器隨著時間的推移性能容易惡化。不要讓過大的電流流過發光二極管,因為這會引起過早老化。由于過早老化導致的CTR變化可能會引起電源振蕩或電源故障。此外,閉環電源系統的響應時間在很大程度上取決于光耦合器的響應時間。在最好的情況下,光耦合器會有幾微秒的傳輸延遲。在遠高于100kHz的典型工作頻率上,光耦合器可能是閉環系統中響應速度最慢的器件。慢速控制環路意味著,在發生階躍負載等瞬態事件時,輸出電壓會過度偏離標稱值。


圖1示出了反激式轉換器電路圖,該電路基于反激式同步隔離控制器LT3825。這個電路具有輸入欠壓保護和輸出短路保護功能。LT3825是一個電流模式開關控制器集成電路,專門用于采用同步整流的反激式無光耦合器隔離電源。電流模式工作改善電壓瞬態抑制、供應簡單環路補償并具有固有的內部快速電流控制環路和較慢的外部電壓控制環路。內部電流環路對主端和副端開關MOSFET施加逐周期的即時控制。LT3825控制IC的工作方式與傳統反激式電流模式開關類似,只是輸出電壓反饋是通過檢測電源變壓器繞組完成的。這減少了橫跨隔離勢壘而連接至電源變壓器以及用于副端同步MOSFET的同步驅動變壓器組件的數目。電源變壓器要在效率、最大功率輸出、尺寸、耦合方式、漏電感、互繞組電容和最終成本之間取得平衡。設計方法所需輸入和輸出規格不同,平衡結果也不同。


LT3825具有一個獨特的反饋放大器,該放大器在反激期間對電源變壓器繞組電壓采樣,并利用這個電壓控制反饋環路。用于反饋的電源變壓器繞組可以是單獨的繞組,也可以是主端反激繞組。采用上述任一方式都可獲得相同的電壓調節和快速瞬態響應。在利用主端繞組實現反饋時,還要一個晶體管來降低檢測電壓。LT3825內的專用反饋電路在反激脈沖期間讀取返回的輸出電壓信息。然后這個電壓與精確的內部基準比較,獲得一個誤差信號。這個誤差信號用來調制Q1的接通時間,其調制方式就像調整輸出電壓相同。這種方法的一個重要優點是,輸出電壓信息在開關周期終止后,立即到達控制器。在基于光耦合器的常規設計中,僅光耦合器就出現幾微秒的延遲,從而限制轉換器的瞬態響應。當主端MOSFET開關Q1斷開時,其漏極電壓上升到高于VIN。主端MOSFET斷開、副端同步MOSFETQ2接通時,發生反激。在反激期間,未驅動的變壓器引腳電壓由副端電壓決定。

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