无光耦处置打算如何协助应答隔离式DC

文章编号：5344 更新时间：2024-12-03 分类：互联网资讯 阅读次数：次

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【导读】幸亏，有一种全新的无光耦反激式DC-DC转换器处置打算，可省去光耦合器和相关反应电路，并且无需经常使用第三变压器绕组。新处置打算还带来了新的输入电压精度基准。

简介

出于安保要素或为了确保复杂系统反常上班，咱们有时须要经常使用隔离式DC-DC处置打算。传统的隔离处置打算会经常使用光耦合器和附加电路，或许复杂的变压器设计，以构成超过隔离栅的反应环路，从而调理输入电压。各种附加元件使设计变得复杂而宏大。光耦合器会随着期间的推移而退步，降低系统的牢靠性。此外，终端设施的形状尺寸越来越小，给电源所留的空间很有限，参与了散热治理的难题。在开局新的隔离式DC-DC设计时，系统工程师必定处置一切这些难题。系统工程师须要一种体积小、老本低、高度牢靠且易于设计的处置打算。如今，您可以经常使用无光耦处置打算简化设计并增加处置打算尺寸。

在什么状况下经常使用隔离式DC-DC转换器？为什么？

各行各业（比如工厂智能化、楼宇智能化、电动汽车、汽车电子、航空电子、医疗设施、商业设施等）中的许多电力系统都会驳回隔离式DC-DC转换器，要素有三：

安保：防止浪涌电流损坏设施并防止人员遭到主电源的损伤。图1显示了一个主电源与次级隔离的电力系统，其中操作人员或许会接触到次级。假设没有适当的安保隔离措施，出现雷击时，极高的浪涌电压或许会经过设施冲击操作人员和低空。其结果简直是致命的。此处的隔离栅可以将风险的浪涌能量引回主接地，防止其流向操作人员。

图1.安保隔离。

防止构成接地环路：在大型或复杂系统中，不同区域会存在接地电位差。此处经过隔离来防止构成破坏性的接地环路，并将数字噪声与精细模拟系统隔离。

图2.经过隔离防止构成接地环路。

电平转换：有时，许多电源轨混合组成的系统会经常使用隔离式DC-DC转换来生成多个隔离正向和/或负向输入电压。

图3.电平转换隔离。

隔离式DC-DC转换器基本原理

图4显示了一个传统的隔离式DC-DC转换器。该处置打算经常使用光耦合器、误差加大器和基准电压源来构成一个超过隔离栅的反应环路。在此成功打算中，输入电压经过误差加大器启动检测，而后将其与基准电压启动比拟。消息经过光耦合器传送到隔离栅另一侧的主面，主面的控制电路对功率级启动调制以调理输入电压。

图4.经常使用光耦合器和相关反应电路的传统隔离式DC-DC转换器。

这种处置打算不时都能很好地施展其作用，但随着设施尺寸逐渐增加，造成其简直没有容身之地。光耦合器、误差加大器和基准电压电路共有12个元件，大大参与了总设计元件数，并占用很大的电路板空间（图5）。大家人造宿愿能省去这种电路。

图5.经常使用光耦合器、误差加大器和基准电压源的传统反应电路。

光耦合器还面临另一个大疑问：其性能会随温度变动，并随着期间推移而降低，从而造成某些运行出现牢靠性疑问。图6显示了典型光耦合器的电传达输比(CTR)，在-60°C至+120°C温度范畴内其变动率达270%。除此之外，此CTR还会随着期间的推移降低30%至40%。

图6.光耦合器集电极电流与环境温度的相关。

省去光耦合器

主面控制拓扑：有一种省去光耦合器的方式是驳回主面控制法。在此打算中，电源隔离变压器上的第三绕组用于在"关断"周期内直接测量输入电压。图7显示了这种电路。反射电压VW与输入电压成正比，公式如下：

其中V是输入电压，V是输入整流二极管压降，N是第三绕组匝数，N是次级绕组匝数。

图7.经常使用第三绕组的主面控制。

只管这种方法可以有效地省去光耦合器，但却发生了一系列新疑问：

(a) 参与第三绕组会使变压器的设计和结构更复杂，参与更多老本。

(b) 反射电压与输入整流二极管电压V相关。此外，V会随负载和温度而变动。这会造成检测的输入电压出现误差。

(c) V上的漏感振铃会进一步参与检测输入电压的读数误差。

这种主面控制法提供的输入电压调理性能不佳，因此在许多运行中并不适用，迫使设计人员经常使用后置稳压器，这会参与更多老本，并增大总体处置打算的尺寸。

无光耦反激式拓扑：无光耦反激式DC-DC转换器是主面控制法的一种变动方式。这种方式经过直接检测主面电压防止了上述疑问(a)，所以无需经常使用电源变压器中的第三绕组。这一改良清楚降低了变压器设计和结构的复杂性，并且简化了PCB规划。图8形容了这种拓扑。

图8.无光耦反激式电路。

反射电压V与输入电压成正比，公式如下：

其中V是输入电压，V是输入整流二极管压降，N是高级绕组匝数，N是次级绕组匝数。

无光耦反激式拓扑结构并不新颖，而它依然受困于上述其余两个疑问(b)和(c)。此例中(c)对应的不是V，而是V上的漏感振铃。关于这种无光耦反激式电路，输入电压调理性能不佳依然是严格的技术应战。

所幸，近来的电路设计开展和专有技术有效地改善了这一瓶颈疑问。咱们来细心看看！

克制输入电压调理不佳的疑问

图9显示了MAX17690，它提供一种无光耦反激隔离式DC-DC转换器处置打算，输入电压调理精度达±5%

图9.无光耦反激式电路成功新的输入电压调理基准。

为了消弭检测输入电压的读数误差，MAX17690在次级电流I较低时对反射电压启动采样。此技术可减缓由输入负载惹起的二极管压降变动。这款IC还具备补救二极管电压及其随温度变动的配置。另外还驳回先进技术来滤除漏感振铃。总之，这款IC为无光耦反激式拓扑带来了新的输入电压调理基准。

图10显示的变体MAX17691还集成了功率FET和电流检测元件，因此仅需极少外部元件即可构建完整电路。它以一种十分便捷的方式提供了高性能的隔离式DC-DC转换器处置打算。

图10.高度集成的无光耦反激式处置打算。

MAX17690和MAX17691都能成功很好的输入电压调理。图11显示了它们在不同温度、线路和负载条件下的性能。

图11.MAX17690/MAX17691输入电压调理。新基准！

论断

设施和电路板空间越来越小，导以至用光耦合器构建反应环路的传统大尺寸隔离式DC-DC转换器逐渐失去其适用价值。此外还有另一道阻碍，光耦合器的性能会随温度变动并随着期间的推移而降低。无光耦反激式拓扑更便捷，须要的外部元件更少，人造是更好的选用。设计技术的翻新改良清楚提高了输入电压调理性能，使无光耦反激式DC-DC转换用具备适用性，成为隔离电源运行的正确选用。

参考资料

1"光耦合器、光电晶体管输入、低输入电流、SSOP-4、半间距、小型扁平封装"。Vishay Intertechnology, Inc. 2023年1月。

2"Vishay光耦合器运行笔记，文档编号：80059"。Vishay Intertechnology, Inc. 2008年1月。

3"晶体管耦合器的基本个性和运行电路设计"。Toshiba Electronic Devices and Storage Corporation，2018年。

4T. Bajenesco。"光耦合器的CTR退步和老化疑问。" 第四届固态和IC技术国内会谈论文集，1995年10月。

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