Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2015
Введение
Для того чтобы получить высокое выходное напряжение из значительно более низкого входного с помощью классической схемы однокаскадного повышающего преобразователя, необходимо преодолеть множество трудностей. Например, обеспечить требуемую степень повышения напряжения может не позволить ограничение на максимальный коэффициент заполнения рабочих импульсов повышающего контроллера. И даже, если эта проблема решена, при больших коэффициентах заполнения часто происходит резкое падение КПД. Можно укоротить рабочие импульсы, выбрав режим с прерывистым током индуктивности, но это приводит к появлению больших пиковых входных токов, росту потерь и проблемам с электромагнитными излучениями.
Альтернативой может служить двухкаскадный повышающий преобразователь, первый каскад которого вырабатывает промежуточное напряжение, а второй поднимает его до окончательного высокого уровня. Двухкаскадный преобразователь можно сделать на основе одной микросхемы, такой, например, как LTC3788 – двухфазного контроллера повышающего DC/DC преобразователя с двумя выходами, управляющего всеми внешними мощными N-канальными MOSFET.
Микросхема LTC3788 может быть включена таким образом, чтобы за счет синхронного выпрямления в первом повышающем каскаде получить максимальный КПД, снизить потери энергии и упростить отвод тепла. Максимальное выходное напряжение этого контроллера при использовании синхронного выпрямления равно 60 В. Если же требуется напряжение более 60 В, второй каскад можно сконструировать для работы в несинхронном режиме, как это будет описано ниже.
Двухкаскадный преобразователь повышает 12 В до 14 В
Блок схема на Рисунке 1 показывает включение микросхемы LTC3788 в двухкаскадной повышающей конфигурации и позволяет выделить несколько особенностей этого проекта:
- Выход первого каскада (Q1, CINT) подключен к входу второго каскада (RS2, L2). Выходное напряжение первого каскада не должно превышать 40 В – абсолютного максимума, допустимого для входов SENSE.
- Напряжения 5 В достаточно для управления MOSFET с логическими входными уровнями, но не стандартными высоковольтными приборами с типичными напряжениями затвора от 7 до 12 В. В связи с этим в схеме может использоваться показанный на Рисунке 1 драйвер затвора DR, усиливающий выходной сигнал с вывода BG2 и управляющий обычным высоковольтным MOSFET.
- Для того, чтобы получить выходное напряжение, превышающее максимально допустимое значение 60 В, MOSFET синхронного выпрямителя заменены одним диодом D1.
 |
|
| Рисунок 1. | Блок схема двухкаскадного повышающего преобразователя на основе микросхемы LTC3788. |
Полная схема изображена на Рисунке 2. Транзисторы Q1, Q2 и индуктивность L1 образуют первый каскад, формирующий напряжение промежуточной шины 38 В. Для получения максимального КПД в этом каскаде использовано синхронное выпрямление. Выход первого каскада подключен к входу второго, состоящего из элементов Q3, D1 и L2. Выходное напряжение второго каскада равно 140 В при токе 1 А.
 |
|
| Рисунок 2. | Полная схема двухкаскадного повышающего преобразователя с выходным напряжением 140 В и током 1 А. |
Q3 – это MOSFET со стандартными уровнями, управляемый драйвером верхнего плеча LTC4440. Для питания драйвера затвора на транзисторе Q4 сделан LDO стабилизатор напряжения, однако для дальнейшего повышения КПД схемы здесь можно использовать импульсный преобразователь, собранный, например, на основе микросхемы LTC3536.
 |
|
| Рисунок 3. | Зависимость КПД от тока нагрузки для двухкаскадного преобразователя, схема которого показана на Рисунке 2. (VIN = 8…24 В, VOUT = 140 В). |
При номинальном входном напряжении 12 В эта схема может повышать напряжения от 3 В до 36 В. Чтобы снизить тепловую нагрузку на компоненты, при входных напряжениях ниже 10 В выходной ток нужно уменьшать. На Рисунке 3 показана измеренная зависимость КПД от тока нагрузки, а на Рисунке 4 – осциллограмма напряжения при запуске преобразователя. Видно, что при входном напряжении 24 В и выходном напряжении 140 В КПД остается на уровне порядка 93% в диапазоне токов нагрузки от 0.4 А до 1 А. При полной нагрузке преобразователь может работать без воздушного охлаждения.
 |
|
| Рисунок 4. | Осциллограмма выходного напряжения при запуске преобразователя. (VIN = 12 В, VOUT = 140 В при токе нагрузки 1 А). |
Заключение
Высококачественный контроллер LTC3788 двухфазного сдвоенного синхронного понижающего преобразователя предназначен для мощных высоковольтных приложений. Для получения особо высоких напряжений два его выхода могут включаться тандемно.
Купить LTC3788 на РадиоЛоцман.Цены
