将 600V 输入隔离反激式控制器的电源电压扩展至 800V 或更高

出处:维库电子市场网 发布于:2024-06-14 16:43:30 | 239 次阅读

  在传统的隔离式高压反激式转换器中,使用光耦合器将调节信息从次级侧参考电路传输到初级侧,从而实现严格的调节。问题是光耦合器大大增加了隔离设计的复杂性:存在传播延迟、老化和增益变化,所有这些都会使电源环路补偿变得复杂,并可能降低可靠性。
  此外,在启动过程中,需要泄放电阻或高压启动电路来初始为 IC 供电。除非在启动元件中添加额外的高压 MOSFET ,否则泄放电阻会造成不受欢迎的功率损耗。
  LT8316 是一款微功率、高压反激式控制器,不需要光耦合器、复杂的次级侧基准电路或额外的启动元件。
  扩展电源电压

  LT8316 采用热增强型 20 引脚 TSSOP 封装,移除了四个引脚以提供高压间隔。通过从第三绕组采样隔离输出电压,无需光耦合器进行调节。输出电压由两个外部电阻器和第三个可选温度补偿电阻器编程。准谐振边界模式操作有助于实现出色的负载调节、小变压器尺寸和低开关损耗,尤其是在高输入电压下。由于输出电压是在次级电流几乎为零时检测的,因此无需外部负载

  图 1:完整的 12 V 隔离反激式转换器,适用于 20 V 至 800 V 的宽输入,最小启动电压为 260 V。
  无需补偿电阻和电容。因此,LT8316 解决方案的元件数量较少,大大简化了隔离反激式转换器的设计(见图 1)。

  LT8316 的额定工作电压高达 600 V,但可以通过将齐纳二极管与 VIN 引脚串联来扩展。齐纳二极管两端的压降会降低施加到芯片上的电压,从而使电源电压超过 600 V。

  图 2:图 1 中反激式转换器的效率。
  图 1 显示了具有 18 V 至 800 V 宽输入范围的反激式转换器的完整原理图。LT8316 数据手册中详细介绍了元件选择指南。将 220 V 齐纳二极管与 VIN 引脚串联,考虑到齐纳二极管的电压容差,启动时的最小电源电压为 260 V(上下浮动)。请注意,启动后,LT8316 将在低于 260 V 的电源电压下正常运行。图 2 显示了不同输入电压下的效率,反激式转换器的峰值
  效率达到 91%。即使没有光耦合器,不同输入
  电压下的负载调节仍然很严格,如图 3 所示。
  低启动电压设计
  先前的解决方案将输入电压扩展至 800 V,但齐纳二极管将最低启动电压提高至 260 V。挑战在于,某些应用既需要高输入电压,又需要低启动电压。图 4 显示了另一种 800 V 最大输入电压解决方案。该电路使用齐纳二极管和晶体管形成稳压器。输入电压可以安全地达到 800 V,VIN 引脚调节在 560 V 左右。该电路的好处是它允许 LT8316 在较低的电源电压下启动。
  非隔离降压转换器
  LT8316 的高电压输入能力可轻松应用于简单的非隔离降压转换器,这种转换器无需隔离变压器。采用相对便宜的现成电感器作为磁性元件。

  对于非隔离降压应用,LT8316 的接地引脚连接到降压拓扑的开关节点,该节点是变化的电压。LT8316 的独特检测方案仅在开关节点连接到地时才看到输出电压,这导致了一个简单的降压原理图。

  图 3:图 1 中反激式转换器的负载和线路调节。

  与反激式转换器一样,降压转换器的电源电压可以扩展。图 5 显示了输入电压高达 800 V 的降压转换器原理图。220 V 齐纳二极管放置在 LT8316 的电源电压和 VIN 引脚之间。考虑到齐纳二极管的电压容差,启动的最低电源电压为 260 V。启动后,LT8316 继续以较低的电源电压正常运行。图 6 显示了不同输入电压下的效率,降压转换器的峰值效率达到 91%。负载和线路调节如图 7 所示。

  图 4:隔离反激式转换器原理图:20 V 至 800 V 输入至 12 V,具有低启动电压。

  图 5:电源电压高达 800 V 的非隔离降压转换器原理图。

  

  图6:图5中降压转换器的效率。

  图6:图5中降压转换器的效率。


  图7:图5中降压转换器的负载和线路调节。

  图 8:低启动电压 800 VIN 非隔离降压转换器原理图。
  与图 4 中的反激式转换器类似,可以在电源电压和 VIN 引脚之间添加一个稳压器,以实现降压转换器的低启动电压。需要注意的是,从 GND 引脚到 VIN 引脚有一个体二极管,这会提高晶体管的发射极电压并导致基极-发射极击穿。为了防止这种情况,添加了两个二极管来保护晶体管。低启动电压解决方案如图 8 所示。结论 LT8316 以准谐振边界模式运行,无需光耦合器即可实现出色的调节。此外,它还包括丰富的功能,例如低纹波突发模式操作、软启动、可编程电流限制、欠压锁定、温度补偿和低静态电流。高集成度简化了低元件数、高效率解决方案的设计,适用于从电池供电系统到汽车、工业、医疗、电信电源以及隔离辅助/家政电源等各种应用。
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