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| 基于LT3751的高壓電容充電系統(tǒng)設(shè)計 |
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| 文章來源： 更新時間：2016/6/20 14:09:00 |
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設(shè)計電壓高達1,000伏的高壓電容充電器或電源絕非輕易之事。采用通用反激式PWM(脈寬調(diào)制)控制器的分立方案 需包含光電耦合器及監(jiān)視、狀態(tài)指示和保護功能。這種方案通常要求許多電路，設(shè)計復(fù)雜性很高。對于高壓電容充電器而言，必須避免在接通期間由于容性負(fù)載表現(xiàn) 為短路而形成輸入過流折返情況。另外還必須采取措施保證這種轉(zhuǎn)換器僅在輸入電壓在安全工作范圍之內(nèi)時接通，以保證其長期可靠性。
如果無需物理傳感器直接測量高電壓就能確定高壓輸出電容是否已經(jīng)充滿，不僅會為我們帶來很多便利，還 能省去一個跨越隔離電路的器件。另外，某些應(yīng)用的用戶也可能希望可以自己選擇合適的門驅(qū)動電壓。專業(yè)高壓閃光燈系統(tǒng)、保安控制系統(tǒng)、脈沖雷達、汽車安全氣 囊、緊急搜救燈、安全/庫存控制系統(tǒng)和雷管等都要求在電容兩端施加高電壓�？煽啃�、成本、安全、尺寸和性能是高壓電源設(shè)計者必須面對的重大設(shè)計挑戰(zhàn)。
凌力爾特公司最近推出的LT3751極大地簡化了這個設(shè)計任務(wù)。LT3751是全功能反激式控制器，可迅速把大型電 容器充到1,000伏的高壓。它是以前推出的LT3750的第二代改進型產(chǎn)品，所增加的功能包括感測變壓器初級或次級輸出電壓的能力、可接受更高的輸出電 壓并具有更強的編程能力和保護性能。LT3751可驅(qū)動外部N溝道MOSFET，并可在不到1秒的時間內(nèi)把1,000μF電容充到500V。
另外，該器件無需使用光電耦合器即可被配置為初級輸出電壓檢測模式。對于要求噪聲更低和輸出調(diào)節(jié)更精確的應(yīng)用，可使用從輸出電壓上接出的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)輸出，完全適于滿足高壓電源的要求。其輸出電壓可通過設(shè)置變壓器匝比和兩個外部電阻方便地進行調(diào)整。
另外，LT3751帶有通過串聯(lián)電阻供電的內(nèi)部60V并聯(lián)穩(wěn)壓器，并可在從4.75V到高達400V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。這為終端用戶提供了極寬的輸入電源范圍，是迄今為止唯一一款在單一封中實現(xiàn)該性能的裝器件。其VCC 輸入可接受5～24V的電壓。
LT3751工作于臨界模式，這種模式介于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)和不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)之間。臨界模式控制最大限度地降低了轉(zhuǎn)換損耗、減小了變壓器尺寸并可通過設(shè)置使該器件電流緩升以免在為容性負(fù)載供電時進入限流狀態(tài)。
臨界模式的另一個優(yōu)點是在一定程度上解決了使用電壓模式或PWM技術(shù)可能出現(xiàn)的大信號穩(wěn)定性問題，并可提供高達88%的轉(zhuǎn)換效率和快速的瞬態(tài)響應(yīng)。輸出電壓調(diào)節(jié)采用交疊使用峰值初級電流調(diào)制和占空比調(diào)制的方式來實現(xiàn)。
圖1給出了LT3751通過變壓器的初級繞組檢測輸出電壓的工作方式。這種檢測初級側(cè)輸出電壓的方法保持了單器件 (即功率變壓器)隔離且電路非常簡單。輸出電壓可由RVOUT 引腳檢測并可通過選擇R8、R9和變壓器匝比進行設(shè)定。該隔離型電路利用片上差分DCM比較器以12V到24V的輸入電壓把電容充電到450V。變壓器 (T1)為Wurth Electronics公司的現(xiàn)貨產(chǎn)品，器件號為75031040。
 圖1：LT3751的工作方式。
DCM 比較器的差分工作模式使LT3751可準(zhǔn)確地在高達400V或更高的輸入電壓下工作。此外，對于低至4.75V的較低輸入電壓，也需要利用VOUT比較器 和DCM比較器并需使用邏輯電平的外部MOSFET。這樣的配置使用戶可適應(yīng)非常寬的電源范圍。在作為電容充電器使用時，LT3751只需5個外部電阻就 可以工作。輸出電壓跳變點(VOUT)可按下述公式在50V到450V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
其中N是變壓器的匝比，VDIODES 是D1和D2兩端的電壓降。
一旦達到已設(shè)定的輸出電壓跳變點，LT3751就停止給輸出電容器充電。通過把CHARGE引腳在開/關(guān)之間切換， 充電周期重復(fù)進行。輸出電容的最大充電/放電速率受到變壓器溫度變化和外部MOSFET功耗的限制。圖1中，在沒有空氣流動的情況下，如果要把變壓器(使 用Wurth公司的現(xiàn)貨變壓器器件75031049)的表面溫度限制在高于周圍環(huán)境的40°C，要求平均輸出功率小于等于40W。
其中，VOut是輸出跳變電壓，VRIPPLE是輸出紋波電壓，freq是充電/放電頻率。通過使用更大的變壓器和提供強制風(fēng)冷可提高可用的輸出功率。
安全和可靠性
為高壓大型電容器充電時，如果處置不當(dāng)就可能產(chǎn)生極大的破壞。用LT3751設(shè)計任何應(yīng)用時，遵守恰當(dāng)?shù)陌踩胧┯绕渲匾�。設(shè)計師必須建立給輸出電容器安全放電的放電電路。此外，相鄰走線的高壓節(jié)點之間需要充足的空間，以滿足印刷電路板電壓擊穿要求。
LT3751具有安全性和可靠性功能，包括兩套面向VTRAMS和VCCc輸入的欠壓閉鎖(UVLO)和過壓閉鎖 (OVLO)。這允許用戶在輸入電壓處于安全工作范圍之外時防止電源接通。當(dāng)輸入電壓在用戶可設(shè)定的安全工作范圍之外時，F(xiàn)AULT引腳變有效。此 外，LT3751還有過熱閉鎖保護功能，并在無負(fù)載時進入突發(fā)模式工作。LT3751在穩(wěn)壓配置中有內(nèi)部補償?shù)姆答伃h(huán)路，簡化了穩(wěn)定性補償。它還有一個片 上DONE引腳，當(dāng)達到輸出電容器充電電時，DONE引腳有效。此外，CHARGE引腳啟動一個新的充電周期或在電壓調(diào)節(jié)模式下啟動該器件。一個 106mV差分電流檢測門限能準(zhǔn)確地限制峰值開關(guān)電流，并允許使用低功率初級側(cè)電流檢測電阻。
作者：Bruce Haug，
產(chǎn)品營銷經(jīng)理
凌力爾特公司 |
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