Монолитный преобразователь для высоких выходных напряжений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2016

Jesus Rosales, Linear Technology

Design Note 545

Введение

В промышленных, телекоммуникационных, медицинских и автомобильных приложениях используются разнообразные стабилизированные напряжения, включая высокие и отрицательные напряжения. Когда разработчик сталкивается с промышленным производством источников питания, возникает необходимость упрощения изделия за счет минимизации перечня компонентов, а также числа необходимых микросхем управления. LT8331 позволяет решить обе задачи благодаря интегрированному 140-вольтовому ключу с допустимым током до 500 мА, программируемой рабочей частоте, сверхнизкому собственному току потребления и переключению в пульсирующий режим при облегченных нагрузках.

Как видно из Рисунка 1, при использовании этого простого повышающего преобразователя высоковольтные приложения реализуются очень легко. Схема в традиционной повышающей конфигурации может отдавать в нагрузку ток от 25 мА до 80 мА при напряжении 120 В, а в двухкаскадном варианте, для которого надо добавить лишь несколько обведенных пунктирной линией компонентов, – от 12 мА до 40 мА при напряжении 240 В. Нагрузку можно подключать только к V_OUT2, или к комбинации узлов V_OUT1 и V_OUT2.

Рисунок 1.	Повышающий преобразователь с выходным напряжением 120 В или 240 В.

Высокое отрицательное выходное напряжение легко получить в конфигурации, показанной на Рисунке 2. В этом режиме преобразователь позволяет полностью использовать размах импульсного напряжения, для чего следует добавить в схему конденсатор и диод. Разделительный конденсатор C5 отсоединяет вход от выхода в режиме останова, подобно тому, как это происходит в преобразователе Кука.

Рисунок 2.	Инвертирующий преобразователь с выходным напряжением –120 В.

На Рисунке 3 изображен преобразователь Кука на основе микросхемы LT8331, а на Рисунке 4 – зависимость КПД этого инвертора от тока нагрузки при входном напряжении 12 В. Как видим, пиковый КПД преобразователя равен 84%. Когда ток нагрузки падает примерно до 40 мА, включается пульсирующий режим, который позволяет поддерживать КПД преобразователя на приемлемом уровне 73%, даже при токе нагрузки 1 мА.

Рисунок 3.	Преобразователь Кука с выходным напряжением –12 В.

Собственный ток потребления LT8331 очень мал. Микросхема может работать в режиме, когда частота переключения прогрессивно снижается по мере падения тока нагрузки. Этот режим позволяет преобразователю при легких нагрузках одновременно сохранять высокий КПД и низкие выходные пульсации. При ненагруженном выходе входной ток равен всего 29 мкА, и еще 11 мА забирает резистивный делитель на входе FBX. Если преобразователь выключен по входу EN, входной ток уменьшается примерно до 1 мкА при входном напряжении 5 В, и до 2 мкА при 12 В. В режиме останова значительная доля потребляемого тока приходится на резистивный делитель, подключенный к выводу EN/UVLO.

Рисунок 4.	Зависимость КПД схемы на Рисунке 3 от тока нагрузки при входном напряжении 12 В.

При допустимом диапазоне входных напряжений от 4.5 В до 100 В и выходном напряжении 140 В LT8331 является прекрасным кандидатом на использование в преобразователях Кука и SEPIC. Разделительный конденсатор C5 разрывает связь по постоянному току между входом и выходом, что желательно в приложениях, где выход должен отключаться от входа. Дополнительным преимуществом этого является отсутствие тока, текущего через резистивный делитель обратной связи на входе FBX. Импульсное напряжение в этих преобразователях равно сумме входных и выходных напряжений.

Заключение

Позволяя сократить количество внешних компонентов, LT8331 упрощает создание приложений с высоким выходным напряжением и широким диапазоном входных напряжений. Внутренний 140-вольтовый ключ этой микросхемы, рассчитанный на ток 500 мА, входное напряжение до 100 В, программируемая частота переключения и работа в пульсирующем режиме при облегченных нагрузках делают LT8331 идеальным прибором для широчайшего диапазона приложений.

Материалы по теме

1. Datasheet Linear Technology LT8331