Миниатюрный драйвер улучшает характеристики обратноходового преобразователя

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2014

Wei Gu

LT Journal

В сильноточных обратноходовых преобразователях уровни токов ограничены количеством тепла, выделяемого выходным выпрямительным диодом. Очевидным способом обхода этого ограничения является замена диода МОП-транзистором, имеющим намного более низкое падение напряжения, благодаря чему можно значительно сократить потери энергии, увеличить выходные токи и КПД, а также упростить тепловую конструкцию устройства. Микросхема LT8309 представляет собой синхронный драйвер MOSFET вторичной стороны, имитирующий поведение выходного диода посредством измерения напряжения сток-исток МОП-транзистора и определения моментов его включения или выключения. Такая комбинация микросхемы и транзистора позволяет заменить менее эффективный выпрямительный диод.

Для создания высококачественных изолированных источников питания из минимального количества компонентов LT8309 можно сочетать с любой микросхемой управления обратноходовым преобразователем, рассчитанной на работу в режиме критической проводимости без использования оптоизоляторов, например, с контроллером первичной стороны LT3748.

Изолированный источник питания 5 В, 8 А

На Рисунке 1 показан низковольтный сильноточный источник питания, содержащий очень мало компонентов. Традиционный выходной диод здесь заменен идеальным диодом, состоящим из микросхемы LT8309, MOSFET и нескольких внешних элементов.

Рисунок 1.	Низковольтный сильноточный обратноходовой преобразователь.

Для того чтобы MOSFET мог выполнять функцию диода, он должен включаться сразу, как только начинает проводить ток внутренний диод, и немедленно выключаться, когда его ток уменьшается до нуля. Практически мгновенное управление транзистором обеспечивается содержащимся в микросхеме LT8309 быстродействующим компаратором (Рисунок 2). Еще один компаратор, отслеживая напряжение на стоке MOSFET, контролирует протекающий через него ток. Когда внутренний диод начинает открываться, напряжение стока падает ниже уровня «земли», компаратор срабатывает и включает MOSFET. Выдержав минимальную паузу после включения, LT8309 переходит в режим ожидания момента, когда напряжение стока достигнет пороговой величины, при которой MOSFET должен быть выключен. Порог выключения можно изменять с помощью внешнего резистора, соединяющего вывод СТОК микросхемы и сток MOSFET. Рассчитанный на допустимое напряжение до 150 В вывод СТОК расширяет область использования LT8309.

Рисунок 2.	Функциональная схема LT8309.

Внутренний LDO стабилизатор микросхемы LT8309 вырабатывает на выводе INTV_CC напряжение 7 В для управления затвором MOSFET. Энергичное управление затвором посредством внутреннего драйвера с сопротивлением нижнего плеча не более 1 Ом уменьшает время включения и выключения MOSFET, способствуя повышению эффективности схемы.

Рисунок 3.	Сравнение КПД обратноходовых преобразователей, использующих на вторичной стороне микросхему LT8309 и традиционный диодный выпрямитель.

На Рисунке 3 сопоставляются зависимости КПД от тока нагрузки для двух вариантов конструкции выпрямителя. Как видно из сравнения Рисунков 4 и 5, температура печатной платы с микросхемой LT8309 за счет более высокого КПД намного ниже, чем платы с диодом.

Рисунок 4.	Тепловое изображение преобразователя 5 В/5 А с выходным диодом PDS760.

На вывод V_CC LT8309 допускается подавать напряжение до 40 В, что позволяет питать микросхему либо выходным напряжением, либо выпрямленным напряжением со стока MOSFET. Если короткое замыкание нагрузки произойдет, когда вывод V_CC соединен с выходом обратноходового преобразователя, LT8309 отключится, и весь ток потечет через внутренний диод MOSFET. Это предъявляет дополнительные требования к управлению тепловым режимом MOSFET. Если же V_CC подключить к напряжению стока MOSFET, как это показано на Рисунке 1, напряжение на V_CC при коротком замыкании будет равно V_IN/N, что позволит LT8309 работать и в аварийном режиме. При этом ток короткого замыкания течет через MOSFET, а не через внутренний диод.

Рисунок 5.	Как легко увидеть, тепловое изображение преобразователя 5 В/5 А с микросхемой LT8309 указывает на существенно меньшее тепловыделение.

Заключение

LT8309 является простым в использовании драйвером вторичной стороны обратноходового преобразователя, выпускаемым в компактном корпусе SOT-23. Комбинация LT8309 с одной из выпускаемых Linear technology микросхем управления обратноходовым преобразователем, работающей в режиме критической проводимости и не использующей оптоизоляторов, при минимальном количестве дополнительных компонентов обеспечивает высокий КПД и большой выходной ток источника питания.