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在SMPS设计中使用回馈产生器替代光耦合器

时间:2019-02-19 作者:gheorghe plasoianu 阅读:
光耦合器常用于隔离式开关电源(SMPS)中初级侧与次级侧之间,以及与回馈产生器之间的电流隔离。然而,使用光耦合器有几个缺点,包括性能和耐久性问题。以下是一个使用数字隔离器替代光耦合器的方案。
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光耦合器常用于隔离式开关电源(SMPS)中初级侧与次级侧之间,以及与回馈产生器之间的电流隔离。然而,使用光耦合器有几个缺点,包括性能和耐久性问题。以下是一个使用数字隔离器替代光耦合器的方案。oDKEETC-电子工程专辑

SMPS电源转换器依赖其输出电压的回馈来维持稳压。这一回馈信号通常会穿过光耦合器以维持初级侧和次级侧之间的电流隔离。然而,使用光耦合器的一个关键问题是它在控制回路中会引入一个额外的极点。该极点减少了回馈路径的频宽。此外,光耦合器的电流转换比从单元到单元的变化比较大,也会随着温度和使用时间而降低。这种变化会影响控制回路的校准和长期漂移。oDKEETC-电子工程专辑

图1显示了SMPS设计中的一种光耦合器替代方案,使用Silicon Labs的Si8642数字隔离器在转换器的初级和次级之间形成屏障。它需要根据转换器的输出生成一个回馈信号,而不是直接使用该输出信号。oDKEETC-电子工程专辑

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图1 采用数字隔离器回馈方案的SMPS电压转换器原理图。oDKEETC-电子工程专辑

 回馈产生器开始于10MHz时脉信号,它透过隔离屏障被发送到次级侧,然后电路R 2 C 2将时脉信号转换为三角波形。该波形驱动高速比较器U3的反相输入。非反相输入接收转换器输出电压的标刻值。oDKEETC-电子工程专辑

只要三角波信号小于输出电压标度值,比较器的输出就会变成高电平,因此,比较器输出信号的工作周期将与转换器的输出电压成比例,如图2所示。oDKEETC-电子工程专辑

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图2 将三角波时脉信号(绿色)与SMPS输出电压的标度值进行比较,得到一个信号(黄色),其工作周期与SMPS输出成比例。oDKEETC-电子工程专辑

比较器的输出通过隔离屏障又返回到初级侧,电路R 1 C 1对该信号进行低通滤波,并将结果应用于开关控制器的回馈引脚。oDKEETC-电子工程专辑

为了评估回馈产生器的线性度,可将斜坡讯号应用于比较器的非反相输入并观察输出讯号(在C1处),结果如图3所示。oDKEETC-电子工程专辑

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图3 利用三角波在非反相输入端测试回馈产生器的线性度。oDKEETC-电子工程专辑

为了调整转换器的控制回路,需要知道回馈方案引入的额外极点位置。为了确定这一点,用Bode-100相位增益分析仪检查产生器的AC行为,结果如图4所示。oDKEETC-电子工程专辑

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图4 SMPS回馈产生器的增益幅度和增益相位。oDKEETC-电子工程专辑

极点出现在85kHz,主要是由于R1C1滤波器。透过为这些组件选择较小的值,可以将极点推得更高一些。oDKEETC-电子工程专辑

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