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

一直以來，TI 建議使用Fly-Buck ? 拓撲(或隔離降壓拓撲)來簡化工業(yè)和通信應(yīng)用的隔離偏置設(shè)計。Fly-Buck 設(shè)計將耦合繞組添加到電感器，以提供單個或隔離的偏置電源，而無需光耦合器。LM5017系列使用簡單，降低了物料清單 (BOM) 成本并提高了性能，這就是它在過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)品存在一個限制——它們的總輸出功率受到限制。LM5017是一個 100V、650 mA 的器件，但在典型的 24V 系統(tǒng)中，它在觸發(fā)電流保護電路之前只能支持高達 5W 的輸出功率。這種限制阻止了該技術(shù)擴展到更多的工業(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)對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，TI 推出了LM5160A，它擴展了 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題;它還將技術(shù)擴展到更廣泛應(yīng)用的設(shè)計人員，如三相交流電機驅(qū)動、以太網(wǎng)供電 (POE) IP 攝像機和汽車。

以三相交流電機驅(qū)動為例，展示LM5160A如何簡化柵極驅(qū)動偏置設(shè)計。顯示了典型的交流電機驅(qū)動系統(tǒng)和高側(cè)和低側(cè) IGBT 柵極驅(qū)動器的偏置電源。由于 IGBT 的特性，通常需要正負偏置電壓。

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

除了交流電機驅(qū)動器外，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)計采用 24Vin 并產(chǎn)生三個隔離輸出：5V@1A、+15V@200mA、-15V@200mA。所有輸出在線路和負載調(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。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 (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)通時間控制方案無需環(huán)路補償，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)通時間與輸入時間成反比，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載情況。欠壓鎖定(EN/UVLO)電路提供可獨立調(diào)節(jié)的輸入欠壓閾值和遲滯。LM5160/A通過FPWM引腳進行編程，以在從空載到滿載過程中采用連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)或在輕負載時自動切換至斷續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)，從而實現(xiàn)更高的效率。強制CCM運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)開關(guān)

▲無需外部肖特基二極管

■ 2A最大負載電流

■自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時間控制

▲無外部環(huán)路補償

▲快速瞬態(tài)響應(yīng)

■可選強制PWM或DCM運行

▲FPWM支持多輸出Fly-Buck?

■近似恒定的開關(guān)頻率

▲可通過電阻器調(diào)節(jié)至最高1MHz

■可編程軟啟動時間

■預(yù)偏置啟動

■ ±1%反饋電壓基準

■ LM5160A允許使用外部V-CC偏置

■固有保護特性可實現(xiàn)穩(wěn)健設(shè)計

▲峰值電流限制保護

▲可調(diào)輸入欠壓閉鎖(UVLO)和滯后

▲VCC和柵極驅(qū)動UVLO保護

▲具有遲滯的熱關(guān)斷保護

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

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