文档介绍：简化多输出隔离DC-DC转换器设计的栅极驱动变压器
摘要: 实际上,对于小功率DC-DC电源转换,栅极驱动变压器是个理想的选择,因为这种变压器已经做了电压和时间大乘积(ET或伏特微秒乘积)以及低漏电感的优化。
关键字: DC-DC电源转换, 栅极驱动变压器, 磁芯
通常情况下,设计隔离式DC-DC转换器时遇到的最大阻碍便是变压器设计,设计者往往因此望而却步,从而选择其它更简捷的设计任务。利用市售的栅极驱动变压器特性,就可以获得四个单独的隔离直流输出。实际上,对于小功率DC-DC电源转换,栅极驱动变压器是个理想的选择,因为这种变压器已经做了电压和时间大乘积(ET或伏特微秒乘积)以及低漏电感的优化。
一款高磁导率且在高开关频率(FSWX)下有低损耗的磁芯可支持一般的10V~15V初级电压,且在100kHz~500kHz开关频率时有500ns~5μs的典型导通时间。该电压和时间范围正是DC-DC转换器设计所需。同时,已经针对低泄漏电感选择了一种磁芯几何尺寸以及绕组结构,以减少上升和下降时间,同时有低的振铃。最后,所使用的线规足以让DC-DC转换器处理数10mA级的绕组电流,而没有过多的铜线损耗。来源:大比特半导体器件网
Pulse Electronics公司的P0585栅极驱动变压器含有五个绕组,每个绕组圈数都相同(参考文献1)。其中一个绕组使用三层绝缘线(TIW),另外四个绕组使用标准绕组线。TIW绕组作为初级驱动,可获得一个RMS为3kV的标称主次级击穿电压。四个次级绕组之间的额定击穿电压并未确定,不过这种导线绝缘方式通常会用于离线电源情况,此时,各绕组之间的电压可高达400V。
隔离式电源输出提供了很大的灵活性。使用这种方式可以在不同地电势情况下,更加方便地打断接地环路,为远程电路供电,并且简化了对正负输出电压极性的选择。下图展示了这种变压器的四个次级绕组,它们产生四个独立的等电压输出。但这四个次级绕组可以有多种串/并结合,从而产生大量输出电压/电流的组合。来源:大比特半导体器件网
美信半导体生产的MAX13256H-桥电路变压器驱动器(IC1)最适合用于此类应用。它包含一个独立的变压器隔离DC-DC转换器所需要的全部功能。其内置FET可承受36V电压,并配置为两个独立的推挽式输出,以精确的50%占空比驱动变压器的初级,避免了铁芯饱和。该驱动器还包含可调的、强健的内部限流功能,从而为输出提供短路保护,且在故障排除之后能够完美地恢复。该驱动也包含欠压锁定(UVLO)功能,在输入电压过低时阻止开关活动。来源:大比特半导体器件网
增加的凌力尔特公司LTC6900时钟源(IC2)用于精确地调整开关频率。MAX13256本身有一个内部时钟,但是考虑到整个系统的兼容性或EMI原因,大多数用户可能会更倾向于自己设定开关频率。MAX13256支持使用一个外部TTL电平时钟,而且其UVLO特性确保IC1的VIN极上升到导通阈值前,IC2就上电并运行。RSET的值决定了IC2的输出频率,该频率设定为所需IC1开关频率的两倍。
上表中为开关频率为100kHz和500kHz时,输入电压为10V、12V和15V情况下的测量结果。由于采用高开关频率、低漏电电感及肖特基桥式整流器,即使用了低值(1μF)的表面安装陶瓷输出电容,输出电压的纹波也很小,不到20mV峰