Преобразователь 5 В в -48 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2019

Kurk Mathews

EDN

По мере роста спроса на сетевое оборудование растет и потребность в источниках питания –48 В, питающих линии связи. Схема на Рисунке 1, преобразуя 5 В в напряжение –48 В, отдает в нагрузку мощность 24 Вт. Одной из самых больших проблем является выбор входного напряжения для такой схемы. Хотя сильноточные источники 5 В широко доступны, более низкие входные напряжения обычно означают высокие входные токи и низкий КПД. При относительно простой топологии и входном источнике 5 В схема на Рисунке 1 обеспечивает КПД свыше 85% (Рисунок 2). T₁ накапливает энергию во время включенного состояния транзистора Q₁.

Рисунок 1.	Для повышения КПД более чем до 85% при преобразовании 5 В в –48 В в этой схеме использован целый ряд приемов.

Затем энергия передается на два расположенных друг над другом выхода 24 В, с которых снимается напряжение –48 В. C₁ заряжается до постоянного напряжения, равного входному напряжению 24 В, в то же время ограничивая всплеск на индуктивности рассеяния T₁ и обеспечивая путь для входного тока в то время, когда транзистор Q₁ закрыт. Это создает условия для непрерывного протекания входного тока и, таким образом, снижает пульсации тока в выходном конденсаторе.

Рисунок 2.	КПД схемы на Рисунке 1 превышает 85% при любых условиях и не падает ниже 90% почти во всем диа пазоне практически используемых токов.

Небольшие пульсации входного тока, характерные для этой топологии, требуют измерения коммутируемого тока, а не входного. Используемый для этой цели трансформатор T₂ не занимает слишком много места на плате (7 × 8 мм), но позволяет исключить потери 400 мВт на токоизмерительном резисторе. Далее перечислены решения, улучшающие КПД и другие характеристики схемы. Вывод Boost микросхемы LTC1624 обычно питает внутренний выходной драйвер (подключенный к выводу T_G) стабилизированным напряжением 5.6 В, но на самом выводе T_G напряжение составляет всего 4.2 В при входном напряжении 5 В. Если обойти внутренний регулятор, соединив выводы Boost и V_IN, можно увеличить напряжение затвора Q₁, обеспечив выигрыш в КПД более 3.2%. R₁ и D₁ в случае чрезмерного увеличения входного напряжения ограничивают напряжение на выводе Boost ну уровне ниже 7.8 В. Добавление транзисторов Q₂ и Q₃ позволяет увеличить КПД еще на 5.5% за счет увеличения скорости переключения и увеличения напряжения затвора с 5 В до 5.3 В. Это дополнительное напряжение возникает из-за избыточного тока эмиттера, когда Q₂ выключается после окончания заряда емкости затвора Q₁. Транзисторы Q₄ и Q₅ пропорционально уменьшают выходное напряжение –48 В до напряжения 1.2 В, требуемого входу обратной связи (V_FB) для стабилизации выходного напряжения. Частота переключения LTC1624 уменьшается с выходным напряжением, снижая, тем самым, входной ток в условиях короткого замыкания выхода.

Материалы по теме