转换器fastreport2

低成本隔离式3.
3-V到5-VDC/DC转换器的分立设计作者:ThomasKugelstadt,德州仪器(TI)高级应用工程师隔离式3.
3-V到5-V转换器通常用于远距离数据传输网络,这种网络中总线节点控制器由一个3.
3-V电源工作以节省电力,而总线电压为5V,以在远距离传输过程中保持信号完整性并提供高驱动能力.
尽管市场上已经有了3.
3-V到5-V转换的隔离式DC/DC转换器组件,但集成的3.
3V到5-V转换器仍然很难找到.
即使找到,这些特定的转换器(特别是那些具有稳定输出的转换器)通常都有较长的产品交付时间、价格相对昂贵并且一般都有一定的隔离电压限制.

如果应用要求2kV以上的隔离电压、60%以上的转换器效率或者标准组件的可靠有效性,则分立设计就是一种能够替代集成组件的低成本方案.
分立DC/DC转换器设计的缺点是它需要做大量的工作——选择稳定的振荡器结构和先断后通电路,选择可以通过标准逻辑门有效驱动的卓越MOSFET,并且实施温度和长期可靠性测试.
所有这些努力都要花费时间和资金.
因此,在仓促进行这样一个计划以前,设计人员应该考虑到下列事项:集成组件通常已通过温度测试,并且拥有其他工业资质.
这些组件不仅仅是最可靠的解决方案,而且还拥有较快的上市时间.
具有不稳定输出转换器批量为1000片时的起售定价为4.
50到5.
00美元,而稳定输出的转换器通常为此价格的两倍,大约为10.
00美元或更高.
因此,合理的做法是购买具有不稳定输出的转换器,或者利用降压电容对输出进行缓冲,或者将其送入低成本、低压降稳压器(LDO),例如:TI0.
50美元左右的TPS76650.
图1所示的分立DC/DC转换器设计仅使用了一些现有的标准组件(例如:逻辑IC和MOSFET等),服务于变压器驱动器,以及一个用于稳定输出电压的LDO.
该电路使用许多通孔组件制成样机,从而使其比集成组件的体积要大,但是由于使用TI的LittleLogic器件板空间得到极大缩小.
这种设计的主要好处是较少的材料清单(BOM),以及为1到6kV范围隔离电压选择隔离变压器的自由度.
我们的目标是通过使变压器驱动器级尽可能地便宜地为稳定输出全集成DC/DC转换器和独立变压器驱动器(价格一般为1.
80美元左右)提供一款低成本的替代方案.
工作原理低成本、隔离式DC/DC转换器一般为推挽式驱动器类型.
工作原理非常简单.
带推挽输出级的方波振荡器驱动一个中心抽头变压器,其输出经过整流,可以稳定或非稳定DC形式使用.
一个重要的功能性要求是方波必须具有50%占空比,以确保变压器铁心对称磁化.
另一个要求是磁化电压(E)和磁化时间(T)的乘积(称作ET乘积,单位为Vμs),不得超出由其厂商规定的变压器典型ET乘积.
我们还必须紧挨振荡器安装使用先断后通电路,以防止推挽输出级的两个变压器铁芯柱同时导电从而引起电路故障.
图1隔离式3.
3-V到5-V推拉式转换器分立设计著名的三反相门振荡器由U1a、U2a和U2b组成,选择它是因为它在供电波动方面较为稳定.
通过一个100-pF陶瓷电容器(COSC)和两个10-kΩ电阻器(ROSC1和ROSC2),它的正常频率被设定为330kHz.
在3.
0-V到3.
6-V电源电压波动范围内,振荡器拥有接近50%的占空比,以及低于±1.
5%的最大频率波动.
图2显示了ROSC1和ROSC2(TP1)相加点和振荡器输出(TP2)处的波形.
所有电压均为参考电路基准电压测得.
施密特触发电路NAND栅极(U1c、U1d)实现先断后通功能,以避免MOSFET导通阶段交叠.
其他两个NAND门(U2c,U2d)配置为反相缓冲器,从而产生驱动N通道MOSFET(Q1、Q2)必需的正确信号极性.
图3显示了完整的先断后通动作.
为了适应标准逻辑门的有限驱动能力,我们选择了MOSFET,因为其较低的总电荷和较短的响应时间.
隔离变压器(T1)拥有2:1的次级对初级匝数比、0.
9mH的初级线圈电感,以及3kV的保证隔离电压.
图4显示了变压器的输入和输出波形.
图2TP1和TP2的振荡器波形图3先断后通波形图4变压器波形两个二极管(D1、D2)均为快速肖特基整流器,在满负载电流条件下(200mA时VFW5显示了4.
93V输出电压条件下图1所示电路的纹波,而图6将该电路的效率同具有稳定输出的集成DC/DC组件进行了对比.
下一页的表1,提供了离散转换器的大致BOM.
请注意,旁路电容器值大于常用于一些低速应用的10nF.
这是由于高速CMOS技术(例如:AHC、AC和LVC等)具有高动态负载,因此旁路电容器值必须为0.
1μF或者更高以保证正常运行.
这对驱动MOSFET的反相缓冲器特别重要,其旁路电容器值为0.
68μF.
图5VOUT=4.
93V时的输出纹波图6效率对比重重要要声声明明德州仪器(TI)及其下属子公司有权在不事先通知的情况下,随时对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改,并有权随时中止提供任何产品和服务.
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