使用 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化更高電流的分離軌設(shè)計(jì)

一直以來(lái)，TI 建議使用Fly-Buck ? 拓?fù)?或隔離降壓拓?fù)?來(lái)簡(jiǎn)化工業(yè)和通信應(yīng)用的隔離偏置設(shè)計(jì)。Fly-Buck 設(shè)計(jì)將耦合繞組添加到電感器，以提供單個(gè)或隔離的偏置電源，而無(wú)需光耦合器。LM5017系列使用簡(jiǎn)單，降低了物料清單 (BOM) 成本并提高了性能，這就是它在過(guò)去幾年中廣受歡迎的原因。

盡管它很受歡迎，但現(xiàn)有的 Fly-Buck 產(chǎn)品存在一個(gè)限制——它們的總輸出功率受到限制。LM5017是一個(gè) 100V、650 mA 的器件，但在典型的 24V 系統(tǒng)中，它在觸發(fā)電流保護(hù)電路之前只能支持高達(dá) 5W 的輸出功率。這種限制阻止了該技術(shù)擴(kuò)展到更多的工業(yè)應(yīng)用。例如，可編程邏輯控制器 (PLC) 輸入/輸出 (I/O) 模塊需要 24V IN，隔離 24V OUT @ 500mA;在這種情況下，LM5017 只能支持所需輸出功率的一半。

為了應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，TI 推出了LM5160A，它擴(kuò)展了 Fly-Buck 產(chǎn)品組合并將功率能力提高了三倍。LM5160A不僅輕松解決了功率限制問(wèn)題;它還將技術(shù)擴(kuò)展到更廣泛應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員，如三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)供電 (POE) IP 攝像機(jī)和汽車。

以三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為例，展示LM5160A如何簡(jiǎn)化柵極驅(qū)動(dòng)偏置設(shè)計(jì)。顯示了典型的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高側(cè)和低側(cè) IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器的偏置電源。由于 IGBT 的特性，通常需要正負(fù)偏置電壓。

用于三相逆變器的寬輸入隔離式 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng) Fly-Buck 電源參考設(shè)計(jì)展示了LM5160從 24V 輸入總線生成八個(gè)隔離式輸出的能力。三對(duì) +15V 和 -8V 用于偏置高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，而剩余的一對(duì)(+15V 和 -8V)能夠提供 300mA 來(lái)偏置所有三相低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器?？傒敵龉β始s為14W。

除了交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外，LM5160A還解決了 PLC 系統(tǒng)由于 I/O 通道數(shù)量增加而需要的更高偏置功率。用于工業(yè) PLC 應(yīng)用的隔離式三輸出 Fly-Buck 電源參考設(shè)計(jì)采用 24Vin 并產(chǎn)生三個(gè)隔離輸出：5V@1A、+15V@200mA、-15V@200mA。所有輸出在線路和負(fù)載調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持 +/-5% 調(diào)節(jié)。

如今，POE 應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，尤其是在 IP 監(jiān)控市場(chǎng)。與傳統(tǒng)方法相比，LM5160A解決方案大大提高了功率密度，效率提高了 5% 以上。用于 POE 應(yīng)用的隔離式 Fly-Buck 電源模塊參考設(shè)計(jì) (PMP10572) 展示了將 POE 解決方案與LM5160A和TPS2378結(jié)合使用的高密度和高效率。

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。

●特性

■ 4.5V至65V寬輸入電壓范圍

■集成高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)

▲無(wú)需外部肖特基二極管

■ 2A最大負(fù)載電流

■自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制

▲無(wú)外部環(huán)路補(bǔ)償

▲快速瞬態(tài)響應(yīng)

■可選強(qiáng)制PWM或DCM運(yùn)行

▲FPWM支持多輸出Fly-Buck?

■近似恒定的開(kāi)關(guān)頻率

▲可通過(guò)電阻器調(diào)節(jié)至最高1MHz

■可編程軟啟動(dòng)時(shí)間

■預(yù)偏置啟動(dòng)

■ ±1%反饋電壓基準(zhǔn)

■ LM5160A允許使用外部V-CC偏置

■固有保護(hù)特性可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健設(shè)計(jì)

▲峰值電流限制保護(hù)

▲可調(diào)輸入欠壓閉鎖(UVLO)和滯后

▲VCC和柵極驅(qū)動(dòng)UVLO保護(hù)

▲具有遲滯的熱關(guān)斷保護(hù)

■使用LM5160A及其WEBENCH^®電源設(shè)計(jì)器創(chuàng)建定制設(shè)計(jì)

這些只是 TI 擴(kuò)展的Fly-Buck 功能提供的眾多選項(xiàng)中的幾個(gè)示例。這種方法將在樓宇自動(dòng)化方面取得成功;供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC);電梯控制;以及混合動(dòng)力電動(dòng)汽車/電動(dòng)汽車 (HEV/EV) 中的汽車偏置功率。