采用高穩(wěn)定性隔離誤差放大器的反激式電源

1、采用高穩(wěn)定性隔離誤差放大器的反激式電源adum31902.5 kv rms隔離誤差adp1621恒頻模式升壓dc-dc控制器評估和設(shè)計支持評估板cn-0342電路評估板(eval-cn0342-eb1z)設(shè)計和集成文件原理圖、布局文件、物料清單電路功能與優(yōu)勢圖1所示電路是一種隔離式反激電源，采納線性隔離誤差放大器提供從副邊到原邊的反饋信號。 基于光耦合器的解決計劃的傳遞函數(shù)是非線性的，隨時光和溫度而變幻；隔離放大器則不同，其傳遞函數(shù)是線性的，十分穩(wěn)定，而且當跨越隔離柵傳輸反饋信號時，失調(diào)和增益誤差微小。囫圇電路采納5 v至24 v電源供電，因而可以協(xié)作標準工業(yè)和汽車電源用法。采納5 v輸入和5

2、 v輸出配置時，該電路的輸出能力高達1 a。這款解決計劃可以適應(yīng)于較高直流輸入產(chǎn)生較低輸出電壓的隔離電源應(yīng)用場合，具有效率高、尺寸小等優(yōu)勢。包括10 w至20 w電信和服務(wù)器電源，對于此類電源，效率和印刷電路板()密度很重要，而且經(jīng)常用法-48 v電源作為輸入。圖1. 反激式電源電路原理暗示圖電路描述所用隔離放大器為adum3190，其內(nèi)置一個1.225 v基準電壓源和一個單位增益帶寬積為10 mhz的誤差放大器。 完整的模擬反饋環(huán)路還包括外部阻性分壓器（r1、r2、r3和r4）及補償網(wǎng)絡(luò)（r9、c9和c10）。adum3190兩端的輸入電源范圍均為3.0 v至20 v，內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓器為基準

3、電壓源、誤差放大器和模擬隔離器提供穩(wěn)定的電源。adum3190與分布式電源開放標準聯(lián)盟(dosa)的輸出電壓調(diào)節(jié)辦法兼容。adp1621為反激電源提供脈寬調(diào)制()控制。利用外加npn晶體管(q2)，內(nèi)部5.5 v分流穩(wěn)壓器提供高輸入電源電壓的能力。adp1621工作在電流模式下，且能舉行無損電流檢測，從而提供精彩的線路和負載瞬態(tài)響應(yīng)。設(shè)置輸出電壓輸出電壓通過一個分壓器設(shè)置，該分壓器位將vout 分壓后送入adum3190的-in引腳。系統(tǒng)的輸出電壓由分壓比設(shè)置。通過用法adum3190的內(nèi)置基準電壓源，-in引腳的調(diào)整電壓為1.225 v。對于5 v輸出配置，電阻分壓器值為：r1 = 2 k，

4、r2 = 47 k，r3 = 51 k，r4 = 100 k?；鶞孰妷涸碼dum3190提供1.225 v內(nèi)部基準電壓源，其在-40°c至+125°c溫度范圍內(nèi)的額定精度為±1%?；鶞孰妷狠敵鲆_(refout)可以銜接到誤差放大器的+in引腳，以便設(shè)置輸出電壓。 當需要較高精度或特別輸出電壓時，必需用法其他基準電壓源，+in引腳也可以銜接到外部基準電壓源。挑選變壓器挑選很重要，由于它打算了原邊的電流紋波。本設(shè)計示例用法以下參數(shù)： vin = 5 v vout = 5 v ioutmax = 1 a fsw = 200 khz 變壓器匝數(shù)比 = 1:1變壓器原邊平

5、均電流ilavg由下式得出：其中：iload為負載電流。d為最大負載電流下的占空比。ns/np為變壓器的匝數(shù)比。輸出電壓為：占空比(d)為50%，由于輸出和輸入均為5 v，且變壓器匝數(shù)比為1:1。原邊電感峰峰值紋波電流與電感值成反比：其中：fsw為開關(guān)頻率。l為原邊電感值。假設(shè)以延續(xù)導通模式(ccm)工作，原邊電感電流計算如下：假設(shè)原邊紋波電流為變壓器原邊平均電流的50%，則電感值的合理挑選為：本設(shè)計用法的變壓器匝數(shù)比為1:1，原邊電感為16 h（halo electronics, inc.，tgb01-p099ep13lf）。補償網(wǎng)絡(luò)在反激式拓撲電源中，輸出負載電阻、輸出及其串聯(lián)等效電阻(e

6、sr)會增強一個零點和一個極點，其頻率取決于元件類型和值?？刂频捷敵鰝鬟f函數(shù)中還有一個右半平面(rhp)零點。rhp零點將相位降低90°，因此0 db增益的頻率（交越頻率）低于rhp零點。利用adum3190的誤差放大器，從-in引腳到comp引腳可提供一個type ii補償網(wǎng)絡(luò)，用以補償控制環(huán)路的穩(wěn)定性。 補償網(wǎng)絡(luò)值取決于所選元件。type ii補償網(wǎng)絡(luò)的零點和極點由下式得出：在該特定設(shè)計中，補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為：r9 = 15 k，c9 = 2.2 nf，c10 = 1 nf。此補償網(wǎng)絡(luò)提供的零點和極點為：fzero = 4.8 khz，fpole = 15.4 khz。 提高零點和極

7、點頻率可充實負載瞬態(tài)響應(yīng)，但會降低反饋環(huán)路的相位裕量，可能導致電源不穩(wěn)定。緩沖器網(wǎng)絡(luò)當功率 (q3)關(guān)斷時，變壓器泄露電感會在漏極上引起高電壓尖峰。 此過大電壓會給功率mosfet帶來巨大壓力，造成牢靠性問題或傷害。 因此，有須要用法附加網(wǎng)絡(luò)來鉗位電壓。當mosfet漏極電壓超過d2的陰極電壓時，由電阻、電容和（r19、c21和d2）組成的緩沖器網(wǎng)絡(luò)通過接通緩沖器二極管來汲取泄露電感中的電流。當功率mosfet的漏極銜接到cs引腳時，adp1621以無損模式工作。 在實際設(shè)計中，為保持精度不變，應(yīng)將cs引腳的電壓限制在肯定最大值33 v和實際最大值30 v以下。 假如實測峰值電壓超過30 v，

8、或者需要更精確的電流限制，可以將cs引腳與mosfet源極中的外部電流檢測電阻相連。原邊電源adp1621電源電壓范圍是2.9 v至5.5 v，adum3190電源電壓范圍是3.0 v至20 v。 為了采納5 v至12 v輸入電壓電源工作，可將一個小信號npn晶體管(q2)用作穩(wěn)壓器。adp1621的in引腳內(nèi)置一個5.5 v穩(wěn)壓器，并且銜接到npn晶體管q2的基極節(jié)點。此銜接偏置q2，使得放射極節(jié)點可調(diào)整到5.5 v - 0.7 v = 4.8 v，以便用作adp1621 (pin)和adum3190 (vdd1)的電源電壓。副邊電源adum3190的副邊(vdd2)電源電壓范圍為3.0 v

9、至20 v，利用內(nèi)部穩(wěn)壓器提供3.0 v工作電壓。假如vout設(shè)置為高于20 v，應(yīng)外加一個穩(wěn)壓器以提供額定vdd2電壓。隔離和平安adum3190采納小型16引腳qsop封裝，隔離電壓額定值為2.5 kv rms。 adum3190的平安額定值如表1所示。常見變幻如需更高輸入電壓，必需用法電流檢測電阻和電流控制環(huán)路。 將r20電阻從0 變?yōu)閼?yīng)用要求的值。 對于1 a輸出配置，檢測電阻值應(yīng)挑選50 m。 按照adp1621中的內(nèi)部電流反饋環(huán)路，當電流檢測電壓升高時，開關(guān)的最大pwm占空比會降低。 假如檢測電阻值過高，開關(guān)的占空比將很有限，額定輸出電壓下的最大輸出電流也會受限。adp1621補償

10、引腳(comp)的有效輸入電壓范圍是0 v至2 v。 為了保證開關(guān)占空比足夠大，建議將cs引腳電壓限制在0.1 v以下。采納低于5 v的輸入電壓工作時，應(yīng)將集電極與放射極之間的跳線短路，從而旁路輸入調(diào)整電阻。對于具有-48 v輸入的電信或服務(wù)器電源等應(yīng)用，應(yīng)將原邊控制器的電源電壓調(diào)整到+5 v。 npn晶體管q2需要較高的vce擊穿電壓，功率mosfet q3需要較高的vds（100 v，vdsmax）。 此外，rcd緩沖器電路中的二極管d2應(yīng)變?yōu)?0 v反向電壓額定值。為了降低adp1621內(nèi)部穩(wěn)壓器的電流，應(yīng)將r12提高到1.5 k。表2總結(jié)了針對不同輸入電壓配置而挑選的替代器件。性能結(jié)果

11、圖2顯示了三種不同輸入電壓下的實測效率： 5 v、12 v和24 v。圖2. 輸入電壓為5 v、12 v和24 v時，反激式電路輸出效率與負載電流的關(guān)系圖3顯示了-40°c至+125°c溫度范圍內(nèi)的輸出電壓。 此范圍內(nèi)的總輸出電壓誤差小于±20 mv (±0.4%)。圖3. 反激式電路輸出電壓與溫度的關(guān)系圖4和圖5顯示了提高和降低負載電流的瞬態(tài)響應(yīng)。 負載電流從100 ma提高到900 ma時，瞬態(tài)響應(yīng)時光為32 s；負載電流從900 ma提高到100 ma時，瞬態(tài)響應(yīng)時光為45 s。eval-cn0342-eb1z評估板的照片6所示。圖4. 100 ma至900 ma負載瞬態(tài)響應(yīng)圖5. 900 ma至100 ma負載瞬態(tài)響應(yīng)圖6. eval-cn0342-eb1z評估板照片電路評估與測試該電路利用一個直流電源和一個源/測量單元舉行測試，以獲得其效率和負載調(diào)節(jié)率。 負載瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波利用和電流探針測量。設(shè)備要求需要用法以下設(shè)備： 具有3 a電流輸出能力和電流測量功能的30 v電源 具有1 a負載電流