采用單個(gè)IC從30 V至400 V輸入產(chǎn)生隔離或非隔離±12 V輸出

作者：ADI 公司 Zhijun （George） Qian，William Xiong

電動(dòng)汽車、大型儲(chǔ)能電池組、家庭自動(dòng)化、工業(yè)和電信電源都需要將高電壓轉(zhuǎn)換為±12 V，以滿足為放大器、傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和工業(yè)過(guò)程控制器供電的雙極性電源軌需求。所有這些系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)之一是構(gòu)建一個(gè)緊湊、高效的雙極性穩(wěn)壓器，它的工作溫度范圍為-40°C至+ 125°C，這在汽車和其他高環(huán)境溫度應(yīng)用中尤為重要。

線性穩(wěn)壓器已廣為人知，并且通常位列雙極性電源備選方案的首位，但它不適用于上述高輸入電壓、低輸出電壓的應(yīng)用，這主要是由線性穩(wěn)壓器在高降壓比下的散熱所導(dǎo)致。此外，雙極性解決方案至少需要兩個(gè)集成電路（IC）：一個(gè)正輸出線性穩(wěn)壓器和一個(gè)負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器。更好的解決方案是使用單個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器從較高的輸入產(chǎn)生兩個(gè)輸出，并具有良好的效率和調(diào)節(jié)性能，同時(shí)還能適用于狹小空間并降低成本。

本文介紹了兩種精簡(jiǎn)電路，它們均使用單個(gè)高電壓LT8315轉(zhuǎn)換器，可由30V至400V的寬輸入電壓范圍產(chǎn)生±12V輸出。一個(gè)電路是隔離型反激式拓?fù)?，另一個(gè)則是非隔離型降壓拓?fù)洹T8315本身是一款高電壓?jiǎn)?a target="_blank">芯片轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置集成630 V/300 mA MOSFET、控制電路和高電壓?jiǎn)?dòng)電路，采用耐熱增強(qiáng)型20引腳TSSOP封裝。

無(wú)需光耦合器的隔離型雙極性反激式穩(wěn)壓器

反激式轉(zhuǎn)換器廣泛用于多輸出應(yīng)用，以提供電氣隔離、改善安全性并增強(qiáng)抗擾性。輸出可以為正，亦可為負(fù)，具體取決于輸出的哪一端接地。傳統(tǒng)上，采用光耦合器將信息從副邊基準(zhǔn)電壓源電路傳輸至原邊，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)。問(wèn)題在于，由于傳播延遲、老化和增益變化等原因，光耦合器會(huì)大大增加復(fù)雜性并降低可靠性。通常，連接至IC反饋引腳的輸出在調(diào)節(jié)回路中占主導(dǎo)地位，而其他輸出則通過(guò)變壓器繞組進(jìn)行松散控制，導(dǎo)致這些輸出的調(diào)節(jié)性能不良。

LT8315無(wú)需使用光耦合器，它從電源變壓器的第三繞組采樣反激回來(lái)的隔離輸出電壓。此外，它在副邊電流幾乎為零時(shí)亦可檢測(cè)到輸出電壓，以實(shí)現(xiàn)出色的負(fù)載調(diào)整。在雙輸出設(shè)計(jì)中，這種特殊的檢測(cè)方案允許嚴(yán)密調(diào)節(jié)每個(gè)輸出（兩個(gè)輸出都能主導(dǎo)調(diào)節(jié)）。因此，典型的±5%負(fù)載調(diào)節(jié)非常易于實(shí)現(xiàn)。

圖1所示的LT8315解決方案在準(zhǔn)諧振邊界傳導(dǎo)模式下工作。原邊MOSFET具有很低的導(dǎo)通損耗，這是因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴達(dá)到其谷值時(shí)，MOSFET才導(dǎo)通。副邊沒(méi)有二極管反向恢復(fù)損耗。3 kV增強(qiáng)絕緣變壓器是整個(gè)隔離柵上唯一的組件，它可提升系統(tǒng)可靠性并滿足嚴(yán)格的高壓電源隔離要求。圖2顯示了不同輸入電壓下的滿載效率曲線。當(dāng)輸入為70 V且兩個(gè)負(fù)載電流均為50 mA時(shí)，該反激式轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)85.3%的峰值效率。

圖1顯示了一款具有30 V至400 V寬輸入范圍的反激式轉(zhuǎn)換器的完整原理圖。它的輸出為±12 V，并可在負(fù)載電流為5 mA至50 mA時(shí)保持非常準(zhǔn)確的控制。該反激式轉(zhuǎn)換器的峰值效率為85.3%，如圖2所示。