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摘要： 介绍了一种变压器耦合同步整流的单端定频电流型正激变换器。该电路提供3.3V在7A从40-60VDC输入过流和短路保护。
本应用说明描述了一种紧凑的隔离开关模式电源，能够从40VDC-60VDC输入提供7A 3.3V输出，效率为83%-90%。该转换器采用MAX5052A电流型PWM控制器，具有提供同步整流，过流和短路保护，遥测和1500VDC主次隔离所需的所有电路。总的占用体积只有1.02立方英寸。提供了材料清单和建议的布局。
MAX5052A是一款电流型PWM控制器。它包含了设计隔离电源所需的所有必要的控制电路。本应用笔记描述了一个23W隔离电源的设计。所采用的拓扑结构是带同步整流的单晶体管正激。遥测引脚补偿负载电缆电压降。MAX5052A的开关频率设置为262kHz，内部修剪为±12%的精度。MAX5052A的最大占空比为50%。
输入电压40VDC-60VDC
电源尺寸:1.79" × 0.95" × 0.60"
输出电压:3.3V±2%
输出电流:7A
过电压4V±5%
过流、短路保护
遥感
如果遥测器的连接反向，则不应损坏遥测电阻。
隔离电压，初级到次级1500VDC。
输入电压接在连接器J2上。C8是一个1µF, 100V高频陶瓷电容，横跨输入端连接。外部电解电容器连接在电源的输入端。电阻R6从输入端向V(IN)旁路电容C2充电。C2是4.7µF, 50V电解电容。一旦转换器启动，电容器C2由偏置绕组自启动。R5上的电压是一个脉动波形，其峰值电压等于输入电压乘以偏置绕组与初级绕组的匝数比。电阻R1和电容C14平均这个脉动波形。二极管D8用于防止电容器C2放电到电阻R1和R5的串联组合中。C14上的自举绕组电压与输出电压成正比。MOSFET Q3是主要的开关FET。R14是电流检测电阻。电阻R7和R12构成电源欠压锁定设定点。在给定值下，导通电压为39V。
采用二次侧同步整流，提高供电效率。采用栅极电荷保持方案，保证了在变压器绕组电压为零时，自由旋转MOSFET上的栅极驱动电压。在输入电压为二对一线摆幅的dc-dc变换器中，在最高输入电压下，这个时间可以是占空比的50%或更高。当复位绕组的匝数与主电源绕组相同，并且复位绕组通过复位二极管返回到输入端时，情况确实如此。在当前应用中，输入电压从40V变化到60V。
当次级端的变压器电压变为正极时，正路同步MOSFET Q1导通，当主开关FET关断时，Q1导通。当开关Q3关断并且变压器电压反转时，自由转动的MOSFET Q4导通。一旦变压器电压为零，MOSFET Q2保持导通，因为在Q2的栅极上没有放电路径。当主开关FET Q3接通时，MOSFET Q4接通，这迅速放电Q2，导致Q4关断。
U1是二次反馈光耦合器，它将反馈信号发送过隔离屏障。U5是一种光可控硅，在过电压的情况下，通过放电C2并保持放电直到输入电源被回收，从而关闭PWM控制器。R23和R18分别为正、负遥测电阻。当电源达到电流限制时，占空比将向后倾斜，导致输出电压下降。这也会导致C14上的电压下降。由于C14上的电压与输出电压成正比，输出上的严重过载会导致C14上的偏置电压充分下降，使C2上的电压降至9.9V以下，导致控制器关闭并进入打嗝工作模式，从而导致RMS短路电流降低。电源的这种操作模式允许我们在不过热的输出半导体和电感的情况下缩短电源输出。当遥测线交叉时，二极管D9和D10为电流提供备用路径。这将导致输出由二极管D9和D10短路，并将使电源进入打嗝模式的操作。这可以防止电阻R18和R23由于电流过大而打开。
输入电压为60V时的峰对峰纹波。输出3.3V在7A
在20MHz带宽下测量到的峰对峰纹波为124mV。
图1
输入电压为48V时的峰对峰纹波。输出3.3V在7A
测量到的峰对峰纹波为100mV，带宽设置为20MHz。
图2
通过增加输出电容的数量或使用ESR较低的输出电容，可以进一步改善输出纹波和噪声。
在48V输入和负载阶跃从5.25A降至3.5A时测量的瞬态响应。
在160mV处测得峰值正偏移。
图3
在48V输入和负载阶跃下测量的瞬态响应从3.5A增加到5.25A。
这里的峰值负偏移为220mV。这种行为的差异可归因于3.5A和5.25A时交叉频率和相位裕度的变化。
图4
| V(中) | 我(在) | V(出) | 我 | 效率 |
| 40 v | 0.32352 | 3.2685 v | 3.5006 | 88.4% |
| 40 v | 0.45893 | 3.2675 v | 5.0111 | 89.2% |
| 40 v | 0.6485 | 3.2653 v | 7.0111 | 88.25% |
| 48.1 v | 0.2770 | 3.2663 v | 3.5332 | 86.4% |
| 48.1 v | 0.38655 | 3.2663 v | 5.0116 | 88.0% |
| 48.1 v | 0.54735 | 3.26652 v | 7.044 | 87.6% |
| 60 v | 0.22912 | 3.2657 v | 3.5010 | 83.2% |
| 60 v | 0.31670 | 3.2657 v | 5.0116 | 86.1% |
| 60 v | 0.44163 | 3.2647 v | 7.011 | 86.4% |
| *注:所有数据均在25°C下采集。 | ||||
PCB结构紧凑，两侧都有元件。尺寸和组件位置如下所示。
图5
图6
| Ref Des | 数量。 | 描述 |
| C1 | 1 | 陶瓷电容器，1000pf, 25V, X7R (0402) |
| C2 | 1 | 电解电容器，4.7µF, 50V 松下EEVFK1H4R7R |
| C3 | 1 | SP电容器，180µF, 6.3V 松下EEFUEOJ181R |
| C4、C5 | 2 | 陶瓷电容，4.7µF, X5R, 6.3V (0805) |
| C6 | 1 | 陶瓷电容器，680pF, 50V, X7R (0603) |
| C7 | 1 | 陶瓷电容器，4700pF, 250vac, X7R(1812) 日本村田公司GA243DR7E2472MW01L |
| C8 | 1 | 陶瓷电容，1µF, 100V, X7R (1812) |
| 制备过程 | 1 | 陶瓷电容，1µF, 16V, X7R (0805) |
| 10大 | 1 | 陶瓷电容器，100pF, 50V, COG (0402) |
| C11、C12 | 2 | 陶瓷电容器，0.47µF, 10V, X5R (0603) |
| C13 | 1 | 陶瓷电容器，1µF, 10V, X5R (0603) |
| 碳 | 1 | 陶瓷电容器，0.1µF, 50V, X7R (0603) |
| C15 | 1 | 陶瓷电容器，4700pf, 50V, X7R (0402) |
| C16 | 1 | 陶瓷电容器，0.047µF, 16V, X7R (0402) |
| R1 | 1 | 电阻220欧姆， 5%， (0603) |
| R2 | 1 | 电阻器4.7欧姆， 5% (0603) |
| R3, R11 | 2 | 电阻器3.30k欧姆， 1% (0402) |
| R4 | 1 | 电阻10欧姆， 5% (0805) |
| R5 | 1 | 电阻3.3k欧姆， 5% (1206) |
| R6 | 1 | 电阻器82k欧姆， 1% (0805) |
| R7 | 1 | 电阻器274k欧姆， 1% (0603) |
| R8 | 1 | 电阻器221欧姆， 1% (0603) |
| R9机型 | 1 | 电阻器4.99k欧姆， 1% (0402) |
| R10, R13 | 2 | 电阻器1k欧姆， 1% (0402) |
| R12 | 1 | 电阻器10k欧姆， 1% (0402) |
| R14 | 1 | 电阻0.15欧姆， 1% (1206) |
| R15 | 1 | 电阻器36k欧姆， 1% (0402) |
| R16 | 1 | 电阻器330欧姆， 1% (0402) |
| R17 | 1 | 电阻器205欧姆， 1% (0402) |
| R18, R23 | 2 | 电阻器10欧姆， 5% (0402) |
| R19 | 1 | 电阻器124欧姆， 1% (0402) |
| R20 | 1 | 电阻器16.2k欧姆， 1% (0402) |
| R22 | 1 | 电阻器100欧姆， 5% (0402) |
| : R24 | 1 | 电阻器22欧姆， 5% (0402) |
| R25 | 1 | 电阻器2.2k欧姆， 5% (0402) |
| R26 | 1 | 电阻器1毫欧， 5% (0402) |
| R27 | 1 | 电阻器10欧姆， 5% (0603) |
| R28 | 1 | 电阻器68欧姆， 5% (0402) |
| T1 | 1 | 电力变压器，转置TTI8619 |
| Q1、Q2 | 2 | n沟道MOSFET 20V (DPAK) 威世SUD70N02-09 |
| 第三季 | 1 | n沟道MOSFET 150V (DPAK) Fairchild Semi FDD120AN15A0 |
| 第四季度 | 1 | n沟道MOSFET 30V, SOT23 仙童NDS351AN |
| L1 | 1 | 窒息4.7哦, Coilcraft dr0810 - 472 |
| D1, D5 | 2 | 二极管200V, 200mA 松下MA115CT |
| D2 | 1 | 信号二极管100mA 75V 二极管公司1N4148W |
| D3 | 1 | 肖特基二极管8A, 35V (PowerMite) 二极管公司SBM835L |
| D4 d6 d7 d11 d12 | 5 | 肖特基二极管30V, 100mA 松下MA2S784 |
| D8 | 1 | 二极管100V, 200mA 松下MA111CT |
| D9, D10 | 2 | 肖特基二极管，3A, 20V 二极管公司B320A |
| U1 | 1 | 光耦合器 仙童HMHA2801 |
| U2 | 1 | 电流型PWM 马克西姆MAX5052AEUA |
| U3,愉快 | 2 | 精度基准1.25V, 1% (SOT23-5) 德州仪器TLV431ACDBVR |
| U5 | 1 | Opto-coupler双向可控硅 仙童MOC3023 |
图7 23W电源原理图。
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