有什么好方法簡(jiǎn)化多輸出隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)?
發(fā)布時(shí)間:2015-02-19 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到的最大阻礙便是變壓器設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者往往因此望而卻步,從而選擇其它更簡(jiǎn)捷的設(shè)計(jì)任務(wù)。實(shí)際上,對(duì)于小功率DC-DC電源轉(zhuǎn)換,柵極驅(qū)動(dòng)變壓器是個(gè)理想的選擇,因?yàn)檫@種變壓器已經(jīng)做了電壓和時(shí)間大乘積(ET或伏特微秒乘積)以及低漏電感的優(yōu)化。
通常情況下,設(shè)計(jì)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到的最大阻礙便是變壓器設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者往往因此望而卻步,從而選擇其它更簡(jiǎn)捷的設(shè)計(jì)任務(wù)。利用市售的柵極驅(qū)動(dòng)變壓器特性,就可以獲得四個(gè)單獨(dú)的隔離直流輸出。實(shí)際上,對(duì)于小功率DC-DC電源轉(zhuǎn)換,柵極驅(qū)動(dòng)變壓器是個(gè)理想的選擇,因?yàn)檫@種變壓器已經(jīng)做了電壓和時(shí)間大乘積(ET或伏特微秒乘積)以及低漏電感的優(yōu)化。
一款高磁導(dǎo)率且在高開(kāi)關(guān)頻率(FSWX)下有低損耗的磁芯可支持一般的10V~15V初級(jí)電壓,且在100kHz~500kHz開(kāi)關(guān)頻率時(shí)有500ns~5μs的典型導(dǎo)通時(shí)間。該電壓和時(shí)間范圍正是DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)所需。同時(shí),已經(jīng)針對(duì)低泄漏電感選擇了一種磁芯幾何尺寸以及繞組結(jié)構(gòu),以減少上升和下降時(shí)間,同時(shí)有低的振鈴。最后,所使用的線規(guī)足以讓DC-DC轉(zhuǎn)換器處理數(shù)10mA級(jí)的繞組電流,而沒(méi)有過(guò)多的銅線損耗。
Pulse Electronics公司的P0585柵極驅(qū)動(dòng)變壓器含有五個(gè)繞組,每個(gè)繞組圈數(shù)都相同(參考文獻(xiàn)1)。其中一個(gè)繞組使用三層絕緣線(TIW),另外四個(gè)繞組使用標(biāo)準(zhǔn)繞組線。TIW繞組作為初級(jí)驅(qū)動(dòng),可獲得一個(gè)RMS為3kV的標(biāo)稱主次級(jí)擊穿電壓。四個(gè)次級(jí)繞組之間的額定擊穿電壓并未確定,不過(guò)這種導(dǎo)線絕緣方式通常會(huì)用于離線電源情況,此時(shí),各繞組之間的電壓可高達(dá)400V。
隔離式電源輸出提供了很大的靈活性。使用這種方式可以在不同地電勢(shì)情況下,更加方便地打斷接地環(huán)路,為遠(yuǎn)程電路供電,并且簡(jiǎn)化了對(duì)正負(fù)輸出電壓極性的選擇。下圖展示了這種變壓器的四個(gè)次級(jí)繞組,它們產(chǎn)生四個(gè)獨(dú)立的等電壓輸出。但這四個(gè)次級(jí)繞組可以有多種串/并結(jié)合,從而產(chǎn)生大量輸出電壓/電流的組合。
美信半導(dǎo)體生產(chǎn)的MAX13256H-橋電路變壓器驅(qū)動(dòng)器(IC1)最適合用于此類應(yīng)用。它包含一個(gè)獨(dú)立的變壓器隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器所需要的全部功能。其內(nèi)置FET可承受36V電壓,并配置為兩個(gè)獨(dú)立的推挽式輸出,以精確的50%占空比驅(qū)動(dòng)變壓器的初級(jí),避免了鐵芯飽和。該驅(qū)動(dòng)器還包含可調(diào)的、強(qiáng)健的內(nèi)部限流功能,從而為輸出提供短路保護(hù),且在故障排除之后能夠完美地恢復(fù)。該驅(qū)動(dòng)也包含欠壓鎖定(UVLO)功能,在輸入電壓過(guò)低時(shí)阻止開(kāi)關(guān)活動(dòng)。
增加的凌力爾特公司LTC6900時(shí)鐘源(IC2)用于精確地調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率。MAX13256本身有一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘,但是考慮到整個(gè)系統(tǒng)的兼容性或EMI原因,大多數(shù)用戶可能會(huì)更傾向于自己設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率。MAX13256支持使用一個(gè)外部TTL電平時(shí)鐘,而且其UVLO特性確保IC1的VIN極上升到導(dǎo)通閾值前,IC2就上電并運(yùn)行。RSET的值決定了IC2的輸出頻率,該頻率設(shè)定為所需IC1開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。
上表中為開(kāi)關(guān)頻率為100kHz和500kHz時(shí),輸入電壓為10V、12V和15V情況下的測(cè)量結(jié)果。由于采用高開(kāi)關(guān)頻率、低漏電電感及肖特基橋式整流器,即使用了低值(1μF)的表面安裝陶瓷輸出電容,輸出電壓的紋波也很小,不到20mV峰峰值。表中還給出了效率,以及因輸出未穩(wěn)壓而造成輸出電壓與負(fù)載電流之間的變動(dòng)關(guān)系。如果需要更低的噪聲或者嚴(yán)格穩(wěn)定的直流輸出,可以使用線性穩(wěn)壓器來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。
從這些測(cè)量結(jié)果可看出,滿載是產(chǎn)生500mA峰值初電流時(shí)的負(fù)載。這是當(dāng)RLIM為1kΩ時(shí)的MAX13256最小限流閾值。一些設(shè)計(jì)者可能想在低于這些經(jīng)驗(yàn)性的滿載電流水平上進(jìn)行操作,從而獲得更多裕度,以防止虛假的大電流觸發(fā)。在較高開(kāi)關(guān)頻率下可以看到輕載輸出電壓的提升,原因是:這是一種為求簡(jiǎn)捷和高效而使用了較少阻尼器的設(shè)計(jì)。隨著開(kāi)關(guān)頻率升高,產(chǎn)生了更多的漏電感能量,這些能量傳遞到次級(jí)繞組,提高了所測(cè)得的輸出電壓。
以下為檢驗(yàn)該變壓器運(yùn)行參數(shù)是否符合數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)范的簡(jiǎn)要說(shuō)明。P0585變壓器有一個(gè)95Vμsec最大ET乘積。這個(gè)計(jì)算結(jié)果是初級(jí)繞組上施加的最大電壓與該電壓所持續(xù)最大時(shí)間(導(dǎo)通時(shí)間)的乘積。由于MAX13256是以精確的50%占空比驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí),最大ET乘積將出現(xiàn)在輸入電壓為15V時(shí)。在本設(shè)計(jì)中的100kHz最小開(kāi)關(guān)頻率下,最長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間為5μs,所以最大ET乘積為75Vμsec,該值符合數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)范。
峰值磁通密度規(guī)格為2100G。在計(jì)算峰值磁通,數(shù)據(jù)手冊(cè)中的方程式2A和2B均基于VIN和開(kāi)關(guān)頻率。同樣,峰值磁通密度出現(xiàn)于VIN為15V且開(kāi)關(guān)頻率為100kHz時(shí)。注意在方程式2A中,“DON”為50%占空比或0.5,而不是單位為微秒的時(shí)間。在這些情況下,所計(jì)算的峰值磁通密度為1512高斯,符合數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格。
運(yùn)用變壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的公式可計(jì)算出磁芯損耗。在100kHz時(shí),損耗為0.468W,在500kHz時(shí),損耗為0.117W,后者數(shù)值較小,原因是有較低的ET積。
運(yùn)用變壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的公式可算出銅線損耗為93.75mW。這個(gè)計(jì)算銅線損耗的簡(jiǎn)化公式是基于繞組的I2R損耗,而未考慮繞組的趨膚或接近效應(yīng)。因此,這些簡(jiǎn)化結(jié)果與頻率無(wú)關(guān),而是基于初級(jí)繞組中的±500mA峰值電流,以及四個(gè)次級(jí)繞組中各自的±125mA峰值電流。
使用變壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的升溫公式以及上述計(jì)算的總損耗(100kHz下為561.75mW),可得預(yù)期變壓器的溫升為37.2℃。
本設(shè)計(jì)使用P0585柵極驅(qū)動(dòng)變壓器,您也可以使用其他(更小的)市售柵極驅(qū)動(dòng)變壓器,尤其是需要較少電壓輸出,以及較小電流的時(shí)候。只需要確保您參照本設(shè)計(jì)所述方法檢查了變壓器的最大Vμsec規(guī)范。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開(kāi)!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開(kāi)啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開(kāi)關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀