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日志

创造带有较低额定输入电压控制器的150V非同步降压解决方案

TI德州仪器  发布于:2017-12-28


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    在如今的许多应用中,要求的额定输入电压超过许多现有DC/DC控制器的VIN最大额定值。对此,传统的解决办法包括使用昂贵的前端保护或实现低端栅极驱动器件这意味着采用隔离拓扑,如反激式转换器。隔离拓扑通常需要自定义磁性,与非隔离方法相比设计复杂性和成本也有所增加54e【中国自动化网社区】292089【http://sns.ca800.com】2e19b

    存在另一种解决方案可以通过使用VIN max最大输入电压小于系统输入电压的简易降压控制器来解决问题。这是如何实现的呢54e【中国自动化网社区】292089【http://sns.ca800.com】2e19b

    降压控制器通常来源于参考电位(0V)的偏置电源(图1a)。偏置电源来自输入电压;因此,器件需要承受全部的VIN电位。然而,因为P通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)所需的栅极驱动电压在VGS低于VINP通道降压控制器具有参考VIN(图1b)的栅极驱动电源。关闭P通道MOSFET则仅需简单地将栅极电压变为VIN0V VGS)(图2)。fd9d848【中国自动化网社区】21927c【http://sns.ca800.com】d9bdc1

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    非同步P通道控制器导出偏置电源驱动P通道栅极可带来巨大的效益,并且可能实现提供悬浮0V电位以上的虚拟接地。对于N通道高侧MOSFET,电压来自接地的参考电源。这是使用升压电容器和二极管泵送的电荷,以提供高于VIN源极电位的栅极电压。使用P通道高侧MOSFET可以显著简化该问题。要打开P通道MOSFET,栅极电位需要低于VIN的源极电位。因此,电源仅参考VIN,而非上面提到的VIN和接地。fa372【中国自动化网社区】7217b7【http://sns.ca800.com】8ec

    悬浮接地fa372【中国自动化网社区】7217b7【http://sns.ca800.com】8ec

    如何为控制器创建浮接地?这很简单,通过使用射极跟随器即可实现。图3所示为这种方案的基本实PNP发射极的电位为Vbe~0.7V),低于齐纳二极管电压电位(Vz)。实质上,您可以将控制器浮动到VIN,并调节控制器的参考值,以限制VIN与器件接地之间的电压。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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   输出电压转换4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

    这里有一项挑战需要克服。由于控制器位于虚拟接地(Vz-Vbe),并产生参考接地(0V)电位的降压输出电压,因此如何才能将输出电压信号转换为位于虚拟接地上方的反馈电压(通常介于0.8V1.25V之间)?图4说明了具体的挑战。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    要关闭环路,您可以使用一对配对晶体管5所示的电路。一匹配对将反馈信号发送至VIN;另一匹配对产生从VIN到虚拟接地之上电位的电流。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    综上所述4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

    LM5085是我所述应用的理想选择,因为它是一个P通道非同步控制器,其VCC偏置电源参考VIN。在传统应用中,LM5085可承受高达75VIN的输入电压。对于输入瞬态电压远高于75V的应用,请考虑此处提出的解决方案,该输出为12V 4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

    从控制器反馈电压1.25V开始,使用电流将反馈(Ifb)设置为1mA,使用公式1计算Rfb值:4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    输出电压调节4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

    当瞬态电压显著高于LM5085的绝对最大值时,适合用这想法。LM5085是一个恒定导通时间(COT)控制器;因此,其导通时间(Ton)与VIN成反比。然而,当将VIN钳位到LM5085时,Ton将不再随着VIN(至功率级)的增加而调整,因为器件将具有由齐纳二极管设置的固定电压,而VIN(至功率级)将不断增大。这将导致频率下降,因为功率级输入电压的增加值超过LM5085的钳位电压;因此调节电压可能会稍微开始增加。因此,为确保以Type 1 纹波注入标准规定纹波注入电压的大小。最终,确保纹波被制定在可接受的范围内,以维持稳定性及最小化当纹波增加时的输出误差。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    示例原理图4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

    图6所示为绝对最大VIN额定值为150V48V电源的示意图。示例可以在3A条件下提供12VOUT4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    图7所示为从原型电路板获得的效率图,图中两大参数为效率(%)和负载电流(A)。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    图8所示为150VIN时的开关节点电压和电感纹波电流。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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    结论4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

   您可以在系统输入电压高于器件最大输入电压额定值的应用中使用P通道非同步降压控制器。该应用的优点在于使用成本较低的控制器,且最大程度地减少了组件数量。关于降压转换器功率级的设计指导,请参见LM5085数据表中的应用信息。4a2【中国自动化网社区】4beb27【http://sns.ca800.com】34a

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