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详解隔离式DC/DC转换器电压调节

上网日期: 2015年02月10日 ?? 作者: Haifeng Fan ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:DC/DC转换器? 电能计量? PLC? 反激式转换器?

隔离式DC/DC转换器是众多应用所必需的组件,这些应用包括了电能计量PLC、IGBT驱动器电源、工业现场总线和工业自动化等。此类转换器常用于提供电流隔离、改善安全性及提高抗噪声能力。而且,它们还可用来生成包括双极性电源轨在内的多个输出电压轨。

按照输出电压调节准确度,隔离式DC/DC转换器常常分为三类,即:已调节型、未调节型和半调节型。本文将讨论各种不同的调节方案和对应的拓扑。对影响调节准确度的因素进行了详细地检查。这将形成一些可在实际设计中改善调节准确度的设计小贴士。此外,还阐述了每种方案的优缺点,旨在为选择针对某种特定应用需求的合适解决方案提供指导。

隔离式DC/DC转换器的反馈与控制

隔离式DC/DC转换器通常采用一个变压器,以实现输出和功率级输入的电隔离(图1)。

详解隔离式DC/DC转换器电压调节(电子工程专辑)
图1:隔离式DC/DC转换器功率级的方框图

在闭环隔离式DC/DC转换器中(图2),反馈电路负责检测输出电压,并通过把检测电压与其目标值(反馈电压基准)进行比较,以生成一个误差。该误差随后被用于调整控制变量(在本例中为占空比)以补偿输出偏差。另外,初级侧与次级侧上的控制电路之间的电流隔离也是必不可少的。此类隔离可通过采用一个变压器或光耦合器来实现。假设基准电压VREF在整个温度范围内保持精准和稳定,那么调节准确度将主要取决于输出电压检测准确度(换句话说就是,VSENSE与VOUT相似度的高低)。

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图2:闭环隔离式DC/DC转换器的反馈与控制。

未调节型隔离式DC/DC转换器

未调节型隔离式DC/DC转换器(也被称为“开环隔离式 DC/DC 转换器”)在那些不需要精准输出电压的应用中得到了广泛的使用。一种典型的应用是具有 50% 固定占空比的推挽式转换器(图3)。控制电路仅包括一个振荡器和两个栅极驱动器,其可产生两个具有50%固定占空比的互补栅极信号,用以驱动Q1和Q2。选择适当的变压器匝数比以提供所需的输出电压。既不需要反馈电路也不需要信号隔离器,从而缩减了成本和解决方案尺寸。

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图3:具有50%固定占空比的未调节型推挽式转换器。

推挽式转换器实质上是一种正向导出式拓扑(forward-derived topology)。当其以50%的固定占空比运作时,输出电压调节可以使用图4中的等效电路来详细阐述。R是次级变压器绕组和走线的等效电阻。输出电压可由式(1)来表达:


式中的VR是电阻器R两端的电压降,VF是二极管正向电压降,这两者均与负载电流有关。而且,VR和VF还会随着环境温度而变化,VOUT亦然。如式(1)所示,除了负载电流和环境温度之外,VIN也是影响VOUT的一个因素。这些因素根本没有进行补偿,因而有可能导致显著的输出电压变化。这类转换器之所以被为“未调节型”,原因即在于此。

详解隔离式DC/DC转换器电压调节(电子工程专辑)
图4:未调节型推挽式转换器的等效电路。

与推挽式转换器相似,未调节型隔离式DC/DC转换器的其他常用拓扑是半桥和全桥(H桥)式转换器。由于成本低且电路十分简单,因此这些未调节型隔离式DC/DC转换器常被用作DC变压器,以提供电流隔离。低压降(LDO)稳压器通常用作后置稳压器,以提供低噪声和低纹波电源。

第二页:已调节型隔离式DC/DC 转换器

第三页:Fly-Buck转 换器

第四页:具有交叉调节输出的反激式转 换器


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