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微型控制器使大型电容器充电变得容易

来源:analog 发布时间:2024-03-18

摘要: 紧急警告信标、库存控制扫描仪、专业闪光灯和许多其他系统都是通过向传感器发送能量脉冲来运行的。这种能量通常来自一个被充电到预定电压的大电容器。

紧急警告信标、库存控制扫描仪、专业闪光灯和许多其他系统都是通过向传感器发送能量脉冲来运行的。这种能量通常来自一个被充电到预定电压的大电容器。

LT3750是一种电流模式反激控制器,用于将大值电容器充电到用户选择的目标电压。这个目标电压是由反激变压器的匝数比和两个电阻在一个简单的低压网络中设定的,因此不需要将组件连接到高压输出。充电电流由外部感测电阻设定,并按周期监测。LT3750采用节省空间的MSOP-10封装。

该设备与各种控制电路兼容,配备了一个简单的接口,由一个CHARGE命令输入位和一个开漏DONE状态标志组成。这两种信号都与大多数数字系统兼容,但能承受高达24V的电压。

简易300V, 400μF充电器

图1显示了LT3750电路的原理图,该电路将一个400μF的电容充电到300V的目标电压。T1与R1、R2电阻的匝数比为1:10,将目标电压设置为300V,而R4功率电阻将充电一次电流峰值设置为7.5A。


图1所示 简单电路充电400μF电容器。

电路采用12V电源,在1.04秒内将400μF电容充电至300V,如图2所示。


图2 LT3750电容充电电路的输出电压和输入电流波形。

设计注意事项

该体系结构平衡了高度集成和灵活性——让关键参数由用户定义。在完成设计时要考虑的重要问题是输入电容的尺寸、变压器的设计和输出二极管的选择。

功率级输入电容器

每个开关周期,LT3750测量其RV(OUT)引脚的电压,以确定变压器T1反激电压。它还测量其V(TRANS)引脚处的信号,这是电源开关级输入端的电压。考虑T1变压器匝比和D1整流二极管,这两个信号的差值产生输出电压。为了获得准确的结果,LT3750的V(TRANS)输入信号最好地反映功率级输入的直流电位是很重要的。因此,必须选择功率开关级输入端的电容,使V(TRANS)输入端的纹波电压不过高。图1所示电路中的电容器组实际上由五个电容器组成。C1是一个150μF的电解电容器,提供大量能量;C2是三个低ESR 22μF的陶瓷电容器,以适应高开关电流;C3是低ESR 10μF的陶瓷电容器,为LT3750提供局部去耦。为了获得最佳效果,将C1和C2尽可能靠近T1,将C3尽可能靠近LT3750上的V(TRANS)引脚。

变压器

除了匝数比之外,在选择变压器时要记住两个问题。首先,变压器二级必须构造为能够承受与电容器充电相关的正电压和负电压的电位。此耐压与隔离额定电压不同。在图1所示电路的情况下,没有隔离电压要求,因为T1的初级和次级连接到相同的接地基准。然而,次级绕组受到输出电位或300V的影响,在选择与这种高压相关的参数时必须小心,例如引脚间距和电线绝缘。

另一个要记住的变压器参数是初级电感。初级电感决定了工作频率范围、输入电流纹波和铁芯损耗,所有这些都影响电容器的充电时间和效率。图2所示的充电曲线是采用初级电感为10μH的变压器的电路。图3显示了相同电路的充电曲线,但初级电感要大得多,为51μH。注意,51μH的变压器比10μH的变压器充电时间更长。


图3 与初级电感值为10μH的变压器相比,初级电感值为51μH的变压器充电时间更长,输入纹波更大。

表1总结了LT3750电路在三种不同T1初级电感下的输入充电电流和充电时间,其中15μH器件的结果最好。

表1。不同初级电感的LT3750变压器的输入充电电流和充电时间摘要
变压器初级电感输入充电电流电流纹波充电时间
TDK DCT20EFD-UXXS00310μH2.20.51040毫秒
Coiltronics ctx02 - 1731415μH2.20.41000毫秒
Coiltronics ctx02 - 1714451 Hμ21.41120毫秒

输出二极管

最后,在选择输出整流二极管时,重要的是要考虑高交流电压。图1中的电路有300V输出,但是当MOSFET Q1导通时,输出整流二极管必须承受输出电压和变压器二次电压之和。在这种情况下,大约是500V。这是一个高电压,但有许多制造商生产适合这种应用的开关二极管。

虽然最小化电路板空间很重要,但设计人员必须选择不违反安全和生产间距要求的器件。根据IPC-2221印刷电路板设计通用标准(1998年2月发布)的表6-1“导体间距”,在海拔3050m以下工作的无涂层印刷电路板上,电位高达500V的导体之间的最小间距必须不小于2.5mm。输出二极管的选择必须确保二极管焊盘之间的最小间距至少为2.5mm。

图1中所示的电路使用MURS160,该电路由许多制造商(如Diodes Inc和Vishay)提供。它是一个超快速恢复整流器,具有峰值重复反向额定电压为600V。二极管采用SMB封装,允许焊盘之间的边缘到边缘间距高达3mm。

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