数字隔离器为2W隔离式DC―DC电源设计提供替代方案

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇数字隔离器为2W隔离式DC―DC电源设计提供替代方案范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

本文探索2W隔离式dc-dc电源的各种设计方法，包含集成反馈功能的隔离式开关调节器的相关信息。

此信息可供电源设计人员参考，用于改善宽工作温度范围内输出电压精度，同时不增加设计复杂补偿网络以便稳定控制环路。隔离式DC-DC电源的功能是为副边提供稳定的直流电压。需要一个设计合理的闭环电源来提供良好的负载调节和瞬态响应――这些都是实现稳定直流输出电压的前提。很多隔离式闭环设计在原边（功率开关的位置）使用一个控制器，且必须从副边获取隔离输出电压信息。使用副边控制器将更容易检测副边输出电压，但添加副边启动电压电路并为原边开关的驱动提供隔离变得复杂。原边控制器的简洁性是大部分设计人员愿意使用它的原因，本文将重点讨论隔离式DC DC转换器中检测隔离输出电压的不同方法，以及这些方法的局限性。

带光电耦合器反馈的原边控制器

传统的隔离式DC-DC电源设计采用光电耦合器提供隔离反馈，并利用分流调节器提供副边误差放大器和基准电压。带光电耦合器反馈的原边控制器拓扑是一个反激式转换器，如图1所示。反激式电路很简洁，它仅在原边使用一个开关，并在副边使用一个整流二极管。分流调节器提供基准电压，然后由内部误差放大器将其与输出分压进行比较。比较结果被馈入光电耦合器LED驱动器电路。误差放大器需要补偿网络才能稳定电压环路，这就需要花费工程开发时间。光电耦合器LED电流由通过串联电阻偏置的分流调节器输出提供。所需电流量根据数据手册中的光电耦合器电流传输比（CTR）特性确定。CTR特性是输出晶体管电流与输入LED电流之比，这个比值是非线性的，且各器件均不相同。光电耦合器的初始CTR通常具有2：1的不确定性，且长期工作在高功率和高密度电源的高温环境下，几年后CTR将下降50%。通常认为，光电耦合器是用于DC-DC电源的廉价隔离器，其CTR变化限制了电压反馈性能和有效工作温度范围。

无光电耦合器的原边检测调节器

要避免使用光电耦合器反馈，可以采用依赖原边电流检测的开关调节器。这些器件具有闭环反激式架构，如图2所示，它们根据原边电流和变压器匝数比之间的关系控制输出电压。要间接检测来自原边的输出电压，则由原边控制器中的误差放大器对反激式电压进行采样，并使用此反馈来控制输出电压。

间接测量输出电压，反激式电压等式（1）显示副边二极管电压的依赖关系。二极管电压的任何变化都会造成输出电压的改变。这种方法的问题是，输出二极管正向电压会随着负载电流和温度的变化而改变，导致输出电压产生误差。

集成反馈功能的隔离式开关稳压器

集成反馈功能的隔离式开关调节器采用精密电路和数字隔离器直接检测并隔离输出电压。它能消除光电耦合器CTR变化导致的不良输出电压反馈性能。与原边检测调节器必须依靠随负载电流和温度而变化的二极管电压不同，直接检测输出电压可得到稳定的输出电压性能。在图3所示的功能框图中，集成式误差放大器使用数字隔离变压器检测输出分压器和副边控制器电压，以便将脉宽调制（PWM）反馈信号发送到原边。原边逻辑的栅极驱动器控制X1和X2开关，进而控制通过电源变压器发送到副边的电能。

隔离式开关调节器以副边控制器电路代替了传统反激式电路中的光电耦合器、分流调节器和补偿网络。副边控制器的启动电路对原边控制逻辑而言是内部电路，这极大地提升了易用性。这些功能的精密集成避免了设计外部启动电路和补偿网络的时间与精力。此外，隔离式开关调节器在原边集成两个内部推挽式开关，可驱动变压器，并最大程度减少外部元器件数；同时，推挽式拓扑还有助于改善效率。

原边检测调节器的性能曲线反映了集成反馈功能的隔离式开关调节器的优势。图4“负载调节特性”显示，隔离式开关调节器具有接近恒定的输出电压，其在50～500 mA输出电流范围内的变化约为1mV。对比来看，在相同的负载条件下，原边检测调节器输出变化超过了50mV。下一个性能曲线如图5所示，即输出电压的温度性能。在-40～+105℃宽温度范围内，隔离式开关调节器的5.0V输出电压变化仅为15mV。同样的温度范围内，原边检测调节器的性能较差，输出电压变化超过120mV。原边检测调节器输出电压的这些变化是由于负载电流流过二极管导致的正向二极管电压变化以及正向二极管电压的温度依赖性。最后一个性能曲线是效率曲线，如图6所示。在100mA轻负载区内，隔离式开关调节器以超过80%的效率领先，而原边检测调节器的轻负载效率较差，为60%。

集成反馈功能的隔离式开关调节器采用精密电路和数字隔离器直接检测并隔离输出电压。与原边检测调节器必须依靠随负载电流和温度而变化的二极管电压不同，直接检测输出电压可得到稳定的输出电压性能。与光电耦合器不同，集成精密电路的数字隔离器不受CTR变化的影响，并在宽温度范围内产生高精度输出电压。此外，这种方法集成副边控制器和误差放大器并带有内部补偿网络，大幅缩小了尺寸、降低了复杂性并缩短了设计时间。