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当使用低侧PWMIC的降压转换器

发布时间:2021-09-09 11:48:51 阅读: 来源:床护栏厂家

使用低侧PWM IC的降压转换器

最常见的开关电源结构是降压转换器,它能高效地将高电压转换为低电压。图1给出了一个典型的降压转换器,其中N沟道MOSFET Q1需要一个浮栅驱动信号。浮栅驱动是PWM(脉宽调制)控制器IC的一部分。根据控制器的设计,Q1可以是N沟道或者是P沟道。遗憾的是,IC的额定电压必须与输入电压同高,这限制了它可以处理的极限最高电压。

图2中的电路采用一个简单的电压电平移位器,用一个降压转换器控制一个带低侧IC的导通晶体管,该IC有以地为基准的栅极驱动。由于PWM IC中的电平移位电路不用承受大电压,因此可以实现任意高输入电压的转换器。

带低侧栅极驱动的PWM IC可以为N沟道MOSFET供电,当它们有正的栅源电压时导通。图2中的电路使用P沟道器件作高侧MOSFET;它在栅源电压为负时导通。因此,必须将来自PWM控制器的控制信号作反转。Q2和Q3构成的MOSFET图腾柱结构也能工作,不过也可以采用一个反相栅极驱动器。

电容C2完成电平移位功能。它的值必须足够大,从而在开关频率下维持自己的电荷,而其电压又要足够小,跟得上输入电压的变化。电阻R1和P沟道MOSFET Q3将C2充电至电压VC=VIN VCC,其中VC是C2的电压,VIN是输入电压,而VCC是Q2和Q3图腾柱结构及PWM IC的供电电压。供电电压必须低于齐纳二极管D2的击穿电压。另外,每当Q2导通时电流都会流经D2和C2,降低了效率。D2将C2的电压限制在上式中的值。当Q3导通时,如果试图升压则D2即为磨斑纵向的直径变为正偏。当Q3导通时,该电路在Q1栅源极之间施加的电压为0V,当Q2导通时加的电压为 VCC。

电阻R1亦确保了Q1栅源电容的放电,当图腾柱输出电压为高时,它保持Q1的关断。二极管D2将Q1的栅源航天2院和航天5院都可以而且资质硬电压限制在12V,无论电路输入电压是多少。电容C2对Q1的栅极驱动脉冲是透明的,因此电路的栅极驱动能力与图腾柱电路本身一样好。因此,电平移位对于电路可以驱动的MOSFET大小没有限制。

图3表示一个采用这种方案的实际降压转换器。转换器的输入电压为18V~45V,其输出电压在1.5A输出电流时为12V。转换器使用美国国家半导体公司的LM反激/升压/正激/SEPIC(单端初级电感转换器)PWM控制IC。

图中保留了为前图而设计的元件,但增加了一些功能,如C9的输入电压过滤,R2和R7的输入欠压锁定,C3的软起动功能,12.7 k R3的500 kHz开关频率设置功能,C7微电脑控制、C8和R6的反馈补偿,以及R9系统等待10秒钟后自动复位和R10的输出电压设置。

LM提供了电流模式控制,但在本电路中,它采用的是电压模式控制。一个峰值为50 A的内部锯齿波电流源用于电压的斜升,为一个电流信号增加斜率补偿。这个电流流经5.11k 电阻R4和一个2k 的内部电阻,在CS脚(Pin 8)产生一个50 A (2k + 5.11k ) 300 mV的峰峰值电压。COMP脚(Pin3)将这个锯齿波与COMP脚的输出误差电压作比较,为Q1生成正确的占空比信号。

图4是电路的开关波形。示波器通道1(下方曲线)表示LM生成的栅极驱动信号。通道2(中间曲线)表示相应的图腾柱输出电压。通道3(上方曲线)表示Q1栅源之间的电平转换后图腾柱输出电压。Q1栅源电压的峰值等于输入电压,其波幅大约为8V,即LM内部产生的供电信号值。所有波形都很清晰,上升与下降时间均很短。该电路的满负荷效率在输入电压为18V和45V时分别为86%和83%。

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