Синхронные понижающие регуляторы обеспечивают высокий КПД и популярны в приложениях, в которых доступные входные напряжения составляют 12 В или менее. Однако, когда входное напряжение приближается к 100 В, проектирование широкодиапазонных регуляторов становится более сложным, а выбор подходящих микросхем значительно сужается. В описанной ниже схеме относительно высокоэффективного синхронного понижающего преобразователя, работающего при входных напряжениях до 100 В, объединены микросхема ШИМ контроллера, предназначенного для схем обратноходовых регуляторов, и микросхема 100-вольтового драйвера затвора.
В схеме на Рисунке 1 используется микросхема контроллера ШИМ LM5020 (IC1), управляющая драйвером затвора LM5104 (IC2), вместе с которым она образует контроллер синхронного преобразователя. LM5020 содержит внутренний линейный стабилизатор, способный работать с входными напряжениями до 100 В, а также обеспечивать током микросхему LM5104. Чтобы уменьшить рассеиваемую мощность при высоких входных напряжениях, после первоначального включения на остальную часть схемы через диод D2 подается плавающее напряжение 11.5 В. Трансформатор T1 компании Pulse Engineering с соотношением витков 100:1 обеспечивает обратную связь по току во время включения MOSFET Q1. Q1 и Q2 представляют собой устройства в корпусах Dpak с низкими зарядами затворов и низкими сопротивлениями в открытом состоянии, уменьшающими общие коммутационные потери при рабочей частоте схемы 200 кГц. Все конденсаторы имеют конструкцию с керамическим диэлектриком, позволяющую выдерживать высокие температуры и не занимать много места на плате.
 |
|
| Рисунок 1. | Основу этого высокоэффективного стабилизатора напряжения с широким диапазоном входных напряжений составляют две микросхемы и два MOSFET. |
Для продолжительной работы при высоком входном напряжении, максимальном токе нагрузки и в условиях повышенной температуры транзистору Q1 требуется радиатор достаточной площади или поток охлаждающего воздуха, чтобы поддерживать температуру его перехода ниже максимального разрешенного значения 175 °C. Q1 имеет низкое тепловое сопротивление переход-корпус, и поэтому температура его корпуса не должна превышать 160 °C. Неэкранированный дроссель L1 с ферритовым сердечником типа DO5010 занимает мало места на печатной плате и обеспечивает высокий номинальный ток насыщения, но является основным источником потерь в этой конструкции. Для приложений с менее строгими требованиями к занимаемому объему можно повысить КПД схемы, увеличив индуктивность и размеры L1, тем самым, уменьшая пульсации тока и позволяя использовать сердечник большего размера и увеличенный диаметр провода обмотки. Уменьшение выходного напряжения повышает КПД, но когда выходное напряжение падает ниже плавающего напряжения схемы 8 В, IC1 начинает рассеивать дополнительную мощность и требует осторожности, чтобы не превысить ее допустимого значения. На Рисунке 2 показан измеренный КПД схемы в зависимости от выходного тока для трех значения входного напряжения.
 |
|
| Рисунок 2. | КПД схемы зависит от входного напряжения и тока нагрузки. |
Одно из практических применений этой схемы соответствовало требованиям заказчика к DC/DC преобразователю, который мог бы работать от источника 24 В и обеспечивать выходное напряжение 12 В при токах до 3 А. Эта на первый взгляд рутинная спецификация была дополнена требованием работы в физически и электрически агрессивной среде, в которой устройство находится на блоке цилиндров двигателя, температура которого достигает 125 °C, а температура окружающего воздуха достигает 100 °C. Кроме того, источник питания состоял из двух последовательно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов, обеспечивающих номинальное напряжение 24 В, которое на практике варьировалось от 18 до 40 В и могло достигать 100 В при пиках, индуцированных сбросом нагрузки.
Купить LM5020 на РадиоЛоцман.Цены
