【導(dǎo)讀】電源電路采用電壓步升(boost)或更常見的電壓步降(buck) DC/DC轉(zhuǎn)換器形式?,F(xiàn)在很多應(yīng)用都需要多個(gè)電壓軌來驅(qū)動(dòng)各種 IC。這些電壓軌可以是反相或非反相、有隔離或沒有隔離。盡管設(shè)計(jì)工程師一般使用多個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和單個(gè)濾波電感器,但是這種做法增加了成本、占位面積和厚度。
有一種更簡(jiǎn)單的方法是,采用單個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和耦合電感器或變壓器,將其配置為隔離式轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹TO(shè)計(jì)工程師可以使用降壓轉(zhuǎn)換器提供反相或非反相電壓軌,可以將其配置為反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用。耦合電感或變壓器也可與降壓-升壓轉(zhuǎn)換器一起使用,以生成具有升壓/降壓功能的多個(gè)反相或非反相輸出。
本文將重點(diǎn)討論各種隔離式/非隔離式 DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?,并展示如何用單個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)這些拓?fù)?。我們還將探討其他拓?fù)洌⒄故具@些拓?fù)涫侨绾芜m合各種應(yīng)用的。
隔離降壓
A. +/-降壓輸出
B. +/+降壓輸出
C. +/+/-降壓輸出
反相降壓-升壓(步升然后步降)輸出
隔離式+/-降壓-升壓輸出
三種DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/div>
基于單個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器生成各種轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是,不需要光耦合器及其相關(guān)電路。這可以縮小占板面積、減少元件數(shù)量、降低復(fù)雜度和成本。除了生成多個(gè)輸出,降壓轉(zhuǎn)換器還可配置成反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,本質(zhì)上提供了升壓功能。此外,設(shè)計(jì)工程師還可以利用類似概念,創(chuàng)建隔離式降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
1. 隔離式降壓拓?fù)?/strong>
A. +/- 降壓輸出:電路運(yùn)行
用一個(gè)隔離式降壓拓?fù)洌梢陨煞聪嗪头欠聪嘟祲狠敵?。圖1顯示了這種拓?fù)淙绾螢樾枰粋€(gè)正電源和一個(gè)負(fù)電源的應(yīng)用提供+/-輸出軌。
圖1. 同步降壓穩(wěn)壓器利用隔離式降壓拓?fù)渖?plusmn; Vout軌
參照?qǐng)D1,主和次級(jí)輸出由下列方程式給出,假定耦合電感或變壓器的漏感和繞組的DC電阻可以忽略不計(jì):
其中VIN是輸入電壓,VO1和VO2分別是主和次級(jí)輸出,D是占空比,N是變壓器匝數(shù)比,是二極管的正向壓降。
在高壓側(cè)開關(guān)接通的周期中(圖1中綠色箭頭指示的電流),主電流斜坡上升,并將電量?jī)?chǔ)存在變壓器的磁化電感和主輸出電容器中。二次側(cè)的二極管反向偏置,二次側(cè)的負(fù)載電流由輸出電容器提供。
在低壓側(cè)開關(guān)接通的周期中(圖1中紅色箭頭指示的電流),主電流斜坡下降,并釋放變壓器磁化電感中存儲(chǔ)的能量,一次側(cè)負(fù)載電流由輸出電容器提供。二次側(cè)的二極管正向偏置,電流從變壓器流出供給負(fù)載,為二次側(cè)輸出電容器充電。在穩(wěn)定狀態(tài)下,假定二極管壓降、變壓器繞組電阻和漏感可忽略不計(jì),二次側(cè)輸出電壓與主輸出電壓成反比。圖2顯示了ISL85413 DEMO3Z +/-輸出隔離降壓演示電路板的工作波形。
圖2. ISL85413DEMO3Z在VIN=9V、VO1=VO2=5V、IO1=IO2=100mA時(shí)的工作波形
B. +/+降壓輸出
仍然運(yùn)用通過耦合電感器或變壓器生成次級(jí)輸出這個(gè)概念,但二次側(cè)可以按不同方式配置,以生成正或負(fù)的次級(jí)電壓。為了生成正次級(jí)輸出,要將變壓器/耦合電感器和二次側(cè)二極管的極性反過來。圖3顯示了隔離式降壓拓?fù)渖蓛蓚€(gè)+VOUT軌。
圖3.生成兩個(gè)+ VOUT軌的隔離式降壓拓?fù)洌↖SL85415DEMO2Z)
C. +/+/-降壓輸出
圖4顯示了生成3個(gè)輸出(2個(gè)+VOUT和1個(gè)-VOUT軌)的隔離式降壓拓?fù)洹?/+/- 隔離降壓演示電路板ISL854102DEMO2Z可用來展示這種拓?fù)?。就多輸出配置而言,必須考慮不同輸出反射到一次側(cè)的總電流,以確保該IC能夠處理所生成的電流。
圖4. 生成3個(gè)輸出的隔離式降壓拓?fù)洌?個(gè)+VOUT和1個(gè)-VOUT軌(ISL854102DEMO2Z)
針對(duì)以上電路的方程式如下:
其中VO1是主輸出,VO2和VO3分別是正和負(fù)次級(jí)輸出,D是占空比,N1和N2分別是與VO2和VO3對(duì)應(yīng)的變壓器的匝數(shù)比。Vdiode是二極管的正向壓降,IOUT1、IOUT2和IOUT3分別是由VO1、VO2和VO3生成的輸出電流,Ids_pk是通過頂部開關(guān)的峰值電流,△i是主電感器紋波電流的三角部分。
2. 反相降壓-升壓(步升-步降)拓?fù)?/strong>
可以從同步降壓轉(zhuǎn)換器派生出反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,連接方式為,將GND端子作為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器反相輸出、將降壓轉(zhuǎn)換器的VOUT端子作為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的GND。圖5是將ISL85415降壓轉(zhuǎn)換器配置成反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電路框圖。
圖5. 將ISL85415降壓轉(zhuǎn)換器配置成反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
輸出電壓和輸出電流的方程式如下:
其中,VIN是輸入電壓,VO1是輸出電壓,D是占空比,IOUT是輸出電流,IL是電感器電流。
在高壓側(cè)開關(guān)接通的周期中(圖5中綠色箭頭指示電流),電感器電流斜坡上升,將能量?jī)?chǔ)存在電感器中,輸出電容器向負(fù)載提供電流。在低壓側(cè)開關(guān)接通的周期中(圖5中紅色箭頭指示電流),電感器電流斜坡下降,向負(fù)載提供電流,并為輸出電容器充電。ISL85415EVAL2Z反相降壓-升壓電路板的工作波形如圖6所示。
圖6. ISL85415EVAL2Z在VIN=12V、VO=-5V、IO=-300mA時(shí)的工作波形
3. 隔離式降壓-升壓拓?fù)洌?/- 輸出
可以采用隔離式降壓-升壓拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)±升壓/降壓輸出電壓。濾波電感器可以用變壓器(或耦合電感器)代替,以得到正次級(jí)輸出。圖7顯示了生成±升壓/降壓VOUT軌的隔離式降壓-升壓拓?fù)?。圖8顯示了ISL854102DEMO3Z隔離式降壓-升壓穩(wěn)壓器電路板的工作波形。
圖7. 隔離式降壓-升壓拓?fù)渖?plusmn;VOUT軌
以上電路的電壓和電流方程式如下:
其中VIN是輸入電壓,VO2是次級(jí)輸出電壓,Vdiode是二極管正向壓降,D是占空比,N是變壓器匝數(shù)比,Ids_pk是通過頂部開關(guān)的峰值電流,△i是主電感器紋波電流的三角部分,IOUT1和IOUT2分別是由VO1和VO2,生成的輸出電流。
圖8. ISL854102DEMO3Z在VIN=24V、VO1=VO2=5V、IO1=500mA、IO2=500mA時(shí)的工作波形
其他可能的隔離式降壓轉(zhuǎn)換器配置
堆疊正輸出
在圖3中,我們展示了一種雙正輸出的拓?fù)?。要生成倍壓器?個(gè)不同的正電壓,次級(jí)輸出的負(fù)端子可以連接到正主輸出上,如圖9所示。
圖9. 堆疊正輸出轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/div>
雙穩(wěn)壓和單個(gè)非穩(wěn)壓的正輸出
低壓差(LDO)穩(wěn)壓器可用來生成雙穩(wěn)壓輸出。圖10顯示了生成雙穩(wěn)壓和單個(gè)非穩(wěn)壓正輸出的配置。在這個(gè)配置中,次級(jí)側(cè)的輸出通過電阻分壓器將次級(jí)輸出連接到反饋來調(diào)節(jié)。 主輸出電壓使用LDO調(diào)節(jié)。
圖10. 使用額外的LDO實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)壓輸出
適用于隔離式拓?fù)浠蚱渌祲恨D(zhuǎn)換器配置的應(yīng)用
電氣隔離和多輸出應(yīng)用在各種電源電子電路應(yīng)用中很常見,如:電信,工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC),工廠自動(dòng)化,隔離式通信接口(即RS-485、RS-232),用于柵極驅(qū)動(dòng)、傳感器、運(yùn)算放大器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的偏置電源,以及需要正和負(fù)電壓軌的任何應(yīng)用。本節(jié)重點(diǎn)討論幾種應(yīng)用,并解釋如何運(yùn)用各種拓?fù)洹?/div>
1.放大器電源
雙電源放大器比較常見,因?yàn)樗矢?,能夠在不?dǎo)致DC損耗的前提下復(fù)制輸入波形。圖11A顯示了具有±12V軌的音頻放大器,圖11B顯示了具有±5V軌的運(yùn)算放大器。
圖11A. 具有±12V軌的音頻放大器
圖11B. 具有±5V軌的運(yùn)算放大器
為這類應(yīng)用選擇合適的拓?fù)鋾r(shí),需要考慮輸入電壓。例如,為以±12V軌運(yùn)行的音頻放大器供電,如果輸入電源軌是24V,就選擇隔離式降壓拓?fù)?。如果使?2V電池,就可以用反相降壓-升壓拓?fù)洌陨韶?fù)壓軌。如果使用5V USB、12V電池或綠色能源供電的系統(tǒng),就應(yīng)該采用隔離式降壓-升壓拓?fù)?。圖12說明了如何用各種拓?fù)浣o音頻放大器供電。
圖12A. 用隔離式降壓拓?fù)涮峁?4V輸入電源
圖12B. 輸入電源為12V電池時(shí),用反相降壓-升壓拓?fù)渖韶?fù)壓軌
圖12C. 輸入電源為5V USB或12V電池時(shí),采用隔離式降壓-升壓拓?fù)?/div>
類似地,對(duì)以下應(yīng)用中一些既需要正壓軌、又需要負(fù)壓軌的應(yīng)用而言,根據(jù)不同輸入電源軌,可以分別使用圖12A、12B和12C所示的3種拓?fù)洹?/div>
2. IGBT柵極驅(qū)動(dòng)偏置
隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器一般用于大功率逆變器應(yīng)用,包括UPS系統(tǒng)、電機(jī)控制、高密度放電(HID)燈鎮(zhèn)流器和感應(yīng)加熱。其他應(yīng)用包括AC和DC變速驅(qū)動(dòng)、工業(yè)/太陽(yáng)能逆變器和伺服驅(qū)動(dòng)。圖13顯示了使用隔離式降壓轉(zhuǎn)換器的具有IGBT柵極驅(qū)動(dòng)偏置的3相逆變器。
圖13. 使用隔離式降壓轉(zhuǎn)換器、具有隔離式IGBT柵極驅(qū)動(dòng)偏置的3相逆變器
3. 采用各種接口標(biāo)準(zhǔn)的線路驅(qū)動(dòng)器、接收器/轉(zhuǎn)換器/緩沖器
現(xiàn)在的電信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用了各種接口標(biāo)準(zhǔn)。例如,射極耦合邏輯(ECL)、共模邏輯(CML)、低電壓差分信號(hào)(LVDS)等,這些接口標(biāo)準(zhǔn)用在圖形顯示接口、通信設(shè)備的移動(dòng)/服務(wù)器芯片組、消費(fèi)類和移動(dòng)應(yīng)用中。類似扇出緩沖器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器、接收器等器件常常需要反相和非反相電源軌。
線路驅(qū)動(dòng)器是用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電子放大器電路,如傳輸線。常常使用差分信號(hào)電路,因?yàn)檫@類電路抗噪聲性能較高,能夠更可靠地?cái)y帶高比特率的信號(hào),因此需要非反相和反相電源軌。
圖14顯示了LVDS/PECL驅(qū)動(dòng)器至CML接收器接口的框圖。
圖14. LVDS/PECL驅(qū)動(dòng)器至CML接收器接口的框圖
4. 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)
可編程邏輯控制器(PLC)常常用在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,用來控制制造流程。PLC由幾種硬件系統(tǒng)元件組成,需要不同的電源軌。圖15顯示了PLC各種硬件構(gòu)件的電源樹。
圖15. PLC各種硬件構(gòu)件的電源樹
應(yīng)用總結(jié)
正如以上討論的,根據(jù)不同的輸入電壓軌,設(shè)計(jì)工程師可以選擇不同的拓?fù)?,來提供適用于各種應(yīng)用的電源軌。表1總結(jié)了適合不同應(yīng)用的拓?fù)洹?/div>
表1.適合不同應(yīng)用的拓?fù)淇偨Y(jié)
結(jié)論
在本文中,我們展示了如何通過不同的電路配置,用同步降壓轉(zhuǎn)換器生成多個(gè)輸出和反相輸出。我們也為各種拓?fù)渫扑]了適合的應(yīng)用。用一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器代替不同類型的轉(zhuǎn)換器,幫助新手和專家級(jí)電源設(shè)計(jì)師簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)。這種做法還縮小了解決方案占板面積、降低了電路復(fù)雜性和物料成本并縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。
推薦閱讀:
監(jiān)控拾音器:拾音器電路的深度分析與制作
三極管:如何區(qū)分其飽和和深度飽和狀態(tài)呢?
如何利用廢舊變壓器?換繞組!
總結(jié)MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)
推薦閱讀:
監(jiān)控拾音器:拾音器電路的深度分析與制作
三極管:如何區(qū)分其飽和和深度飽和狀態(tài)呢?
如何利用廢舊變壓器?換繞組!
總結(jié)MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線檢測(cè) 芯片查詢 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉