隔離式 DCDC 轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓的背后是什么？

電源設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)電流隔離、滿足安全要求并增強(qiáng)抗噪能力。在設(shè)計(jì)隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器時(shí)，輸出電壓調(diào)節(jié)精度是要考慮的眾多設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，所需的電平可能因應(yīng)用而異。在某些情況下優(yōu)于 ±5% 的總體電壓調(diào)節(jié)就足夠了，而在其他情況下可能需要 ±10%。

隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的許多電源管理拓?fù)浜驼{(diào)節(jié)方案在電壓調(diào)節(jié)精度方面差異很大。例如，閉環(huán)隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的反饋和控制如圖 1 所示。  

圖 1. 閉環(huán)隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的反饋和控制。

在此示例中，變壓器用于將輸出與功率級(jí)的輸入電隔離。在閉環(huán)隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，反饋電路檢測(cè)輸出電壓并通過(guò)將檢測(cè)到的電壓與電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較來(lái)產(chǎn)生誤差。然后使用該誤差來(lái)調(diào)整控制變量，例如占空比，以補(bǔ)償輸出偏差。初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的控制電路之間的電流隔離也是必不可少的。這種隔離可以通過(guò)使用變壓器或光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)基準(zhǔn)電壓在溫度變化時(shí)是精確且穩(wěn)定的，調(diào)節(jié)精度主要取決于輸出電壓檢測(cè)精度。換言之，V SENSE與 V OUT的相似程度如何。

就輸出電壓調(diào)節(jié)精度而言，隔離式 DC/DC 解決方案分為三類之一：穩(wěn)壓、非穩(wěn)壓和半穩(wěn)壓。

· LM5001或LM5022等穩(wěn)壓隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器直接在次級(jí)側(cè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)輸出電壓。光耦合器或數(shù)字隔離器用于將控制信號(hào)從次級(jí)側(cè)傳輸?shù)匠跫?jí)側(cè)。穩(wěn)壓隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可提供 ±3% 至 ±5% 范圍內(nèi)的精確調(diào)節(jié)。

· 非穩(wěn)壓隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器也稱為開(kāi)環(huán)隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。在具有固定 50% 占空比的推挽式轉(zhuǎn)換器的典型情況下，通過(guò)選擇正確的變壓器匝數(shù)比來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的輸出電壓。這種開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)換器既不需要反饋電路也不需要信號(hào)隔離器，而且它的輸出電壓不會(huì)針對(duì)輸入電壓或負(fù)載電流進(jìn)行補(bǔ)償。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)是成本低且簡(jiǎn)單。一個(gè)缺點(diǎn)是 VOUT 將與 VIN 變化成比例變化。

· 半穩(wěn)壓隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器還包括一個(gè)反饋電路，但它不直接檢測(cè)和調(diào)節(jié)輸出。相反，它會(huì)感應(yīng)電壓，該電壓類似于次級(jí)側(cè)的輸出電壓，但通常以初級(jí)輸入電壓為參考。在這種情況下，半穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)與穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器一樣精確的輸出電壓，但它不需要光耦合器。一個(gè)例子是使用LM5017或LM5160的 TI 的 Fly-Buck? 。

LM5001高壓開(kāi)關(guān)模式穩(wěn)壓器具有實(shí)現(xiàn)高效高壓升壓、反激、SEPIC和正激變換器所需的所有功能，只需很少的外部組件。這種易于使用的穩(wěn)壓器集成了75伏N溝道MOSFET和1安峰值電流限制。電流模式控制提供固有的簡(jiǎn)單回路補(bǔ)償和線電壓前饋，以更好地抑制輸入瞬變。開(kāi)關(guān)頻率由單個(gè)電阻器設(shè)置，可編程高達(dá)1.5 MHz。振蕩器也可以與外部時(shí)鐘同步。其他保護(hù)功能包括：電流限制、熱關(guān)機(jī)、欠壓鎖定和遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)功能。

LM5017是一款100-V、600 mA同步降壓穩(wěn)壓器，集成了高側(cè)和低側(cè)MOSFET。LM5017中采用的恒定開(kāi)啟時(shí)間（COT）控制方案不需要回路補(bǔ)償，提供出色的瞬態(tài)響應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)非常高的降壓比。接通時(shí)間與輸入電壓成反比，從而在輸入電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生幾乎恒定的頻率。高壓?jiǎn)?dòng)調(diào)節(jié)器為IC內(nèi)部操作和集成門驅(qū)動(dòng)器提供偏置電源。峰值電流限制電路可防止過(guò)載情況。欠壓鎖定（UVLO）電路允許獨(dú)立編程輸入欠壓閾值和滯后。其他保護(hù)功能包括熱關(guān)機(jī)和偏置電源欠壓鎖定（V-CC UVLO）。

LM5160/A是一款具有集成式高側(cè)和低側(cè)MOSFET的65V 2A同步降壓轉(zhuǎn)換器。自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方案無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償，可在快速瞬態(tài)響應(yīng)下支持高降壓比。內(nèi)部反饋放大器保持著整體工作溫度范圍±1%的輸出電壓調(diào)節(jié)度。導(dǎo)通時(shí)間與輸入時(shí)間成反比，其結(jié)果是切換頻率接近恒定。峰谷電流限制電路可防御過(guò)載情況。欠壓鎖定(EN/UVLO)電路提供可獨(dú)立調(diào)節(jié)的輸入欠壓閾值和遲滯。LM5160/A通過(guò)FPWM引腳進(jìn)行編程，以在從空載到滿載過(guò)程中采用連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)或在輕負(fù)載時(shí)自動(dòng)切換至斷續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。強(qiáng)制CCM運(yùn)行支持使用耦合電感器的多輸出隔離式Fly-Buck應(yīng)用 。LM5160A具有與LM5160相同的 特性 和引腳配置。在降壓或Fly-Buck應(yīng)用中，LM5160A的VCC引腳可連接外部偏置 電源。這一附加功能可降低IC功耗并提高高輸入電壓時(shí)的效率。