Универсальный безоптронный изолированный обратноходовой преобразователь

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2014

George Qian, Linear Technology

Design Note 525

Введение

Традиционно в цепи обратной связи изолированных источников питания для передачи сигнала управления через изолирующий барьер используются оптоизоляторы. К сожалению, коэффициент передачи оптронов сильно зависит от температуры и времени, затрудняя конструирование цепи частотной компенсации петли обратной связи.

Linear Technology выпускает линейку безоптронных обратноходовых преобразователей, таких как LT3573, LT3574, LT3575, LT3511, LT3512 и LT8300, использование которых намного упрощает конструкцию благодаря тому, что съем необходимой для регулирования информации происходит на первичной стороне, и, следовательно, оптоизоляция становится ненужной.

Монолитный безоптронный обратноходовой преобразователь LT8302 содержит 65-вольтовый DMOS ключ с максимально допустимым током 3.6 А, снабженный цепями частотной компенсации и мягкого запуска. LT8302 может работать при входных напряжениях от 2.8 В до 42 В, отдавая в нагрузку мощность до 18 Вт. При облегченных нагрузках прибор переходит в пульсирующий режим, обеспечивающий снижение потерь мощности. Еще одной особенностью микросхемы является очень небольшое количество внешних компонентов, необходимых для обеспечения ее работы.

Характеристики и простота использования

LT8302 упрощает разработку изолированных обратноходовых преобразователей за счет того, что вся информация о выходном напряжении берется на первичной стороне. Такое решение не требует использования ни третьей обмотки трансформатора, ни оптоизоляторов. Выходное напряжение задается двумя внешними резисторами и, если это необходимо, третьим резистором температурной компенсации. Наличие внутренних цепей мягкого запуска и частотной компенсации петли обратной связи сокращает количество необходимых внешних компонентов, что видно из Рисунка 1. Работа в режиме критической проводимости позволяет использовать трансформаторы небольшого размера без снижения высокого качества регулирования напряжения нагрузки. Отличающийся низким уровнем пульсаций режим кратковременного запуска внутреннего генератора позволяет сохранить высокий КПД при легких нагрузках.

Рисунок 1.	Законченный 5-вольтовый изолированный обратноходовой преобразователь для входных напряжений от 2.8 В до 32 В.

На Рисунке 1 приведена законченная схема обратноходового преобразователя на основе LT8302. Как видно из Рисунка 2, КПД этого преобразователя достигает 85%, и, благодаря низкому току потребления, не падает ниже 82% при токе нагрузки 10 мА и входном напряжении 5 В.

Рисунок 2.	Зависимость КПД изображенного на Рисунке 1 преобразователя от тока нагрузки.

Низкий ток покоя, небольшая начальная нагрузка и высокий КПД

При очень легких нагрузках LT8302 снижает частоту переключения, чтобы сохранить ток потребления на минимальном уровне. В этих условиях микросхема переходит в пульсирующий режим, в котором она периодически переключается между спящим режимом и режимом преобразования. Типичный собственный ток потребления равен 106 мкА в спящем режиме и 380 мкА в режиме преобразования. Типичное значение минимальной частоты переключения составляет примерно 12 кГц, при этом требуемая начальная нагрузка весьма невелика. (Типовое значение равно 0.5% от полной нагрузки). По этой причине мощность, теряемая в LT8302 в режиме пониженного энергопотребления, очень незначительна, что весьма привлекательно для высокоэффективных постоянно включенных приложений.

Источники питания с отрицательным входным напряжением

В типичном источнике питания с отрицательным входным напряжением вывод «земля» микросхемы соединяется с отрицательной входной шиной, напряжение которой может изменяться. В результате, при отсутствии схемы сдвига, выходное напряжение микросхемы изменяется вместе с входным. Использованная в LT8302 уникальная схема считывания сигнала обратной связи позволяет легко регулировать выходное напряжение непосредственным управлением параметрами импульсов и исключить обычно необходимую схему сдвига уровня.

Рисунок 3.	Повышающе-понижающий преобразователь отрицательного напряжения в положительное.

На Рисунке 3 изображен простой повышающее-понижающий преобразователь отрицательного напряжения в положительное, а на Рисунке 4 – простой понижающий преобразователь отрицательного напряжения в отрицательное.

Рисунок 4.	Понижающий преобразователь отрицательного напряжения в отрицательное.

Заключение

LT8302 работает при входных напряжениях от 2.8 до 42 В, отдавая в изолированную нагрузку мощность до 18 Вт. Устройству не нужны ни оптоизоляторы, ни третья обмотка трансформатора. В микросхеме интегрировано множество функций, минимизирующих количество необходимых внешних компонентов, включая пульсирующий режим работы, мягкий запуск, блокировку при пониженном входном напряжении, температурную компенсацию и внутреннюю частотную компенсацию петли обратной связи.

Микросхема LT8302 прекрасно подходит для множества приложений, от портативных устройств до источников питания автомобильного, промышленного, медицинского и телекоммуникационного оборудования. Высокий уровень интеграции максимально упрощает использование микросхемы, позволяет сократить количество необходимых компонентов, обеспечивает исключительную эффективность и универсальность решений в области создания изолированных источников питания.