可變高壓電源 光電耦合器來湊熱鬧

如今在市場上有很多固定電壓開關(guān)模式電源(SMPS)，將幾個這樣的電源串聯(lián)起來可以實現(xiàn)更高的固定電壓。為了從SMPS或基于傳統(tǒng)變壓器的電源獲 得可調(diào)輸出，需要用到線性調(diào)節(jié)器或開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器。對于降壓轉(zhuǎn)換器，可使用MOSFET或IGBT作為開關(guān)元件。通常，高側(cè)開關(guān)會使用自舉IC或脈沖 變壓器。市場上很少有驅(qū)動MOSFET的光電耦合器。由于它們無法提供足夠的電流來對柵極電容快速充電，這些光電耦合器主要用于驅(qū)動低頻MOSFET開關(guān)。本文就將介紹一種基于光電耦合器的可變高壓電源設(shè)計方案。

本文的光電耦合器(VOM1271)具有一個內(nèi)置的快速關(guān)斷器件。如果將200pF柵極電容連接至IC2，則開關(guān)時間(ton與toff)分別為53μs和24μs。有鑒于此，降壓轉(zhuǎn)換器選擇了2kHz的開關(guān)頻率。此處選用了德州儀器(TI)的TL494(IC1)作為脈沖調(diào)制控制器。

考 慮到柵極閾值電壓(VGS(th))、總柵極電荷(Qg)、漏源電壓(VDS)及漏極電流(ID)等因素，本例使用了AOT7S60MOSFET作為開關(guān) 元件。由于VOM1271能夠提供約8.4V的電壓，VGS(th)應(yīng)遠低于該值;Q1的VGS(th)為3.9V，當(dāng)電壓為8.4V時，可實現(xiàn)良好的導(dǎo) 通性能。IC2無法提供更多電流(通常為45μA)。為確保開關(guān)速度并降低開關(guān)損耗，柵極電荷應(yīng)保持低值。MOSFET的Qg為8.2nC。

在根據(jù)圖1所示進行整流和濾波后，采用降壓線路變壓器輸出測試降壓轉(zhuǎn)換器。輸出電壓通過可變電阻器R1在5V～70V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

圖1 高壓降壓轉(zhuǎn)換器原理圖

圖2 70V輸出及230Ω負載下的柵源電壓波形及IC1輸出波形

圖2給出了70V輸出及230Ω負載下的柵源電壓波形及IC1輸出波形。

可以看到，盡管toff足夠快，但ton仍約為80μs。對于許多開關(guān)應(yīng)用來說，這個開啟過程是較慢的。若將開關(guān)頻率設(shè)置為2kHz，應(yīng)該不會導(dǎo)致太多開關(guān)損耗，對于PWM占空比較大的負載條件來說更是如此。

盡管L1的值小于輸入電壓范圍的計算值，但當(dāng)負載為80Ω～230Ω時，紋波可達80mV～120mVP-P。當(dāng)輸出電壓為70V且負載為230Ω 時，紋波為80mVP-P。相同工作條件下，電壓調(diào)整率為0.75%。盡管效率隨工作條件而變化，但在VOUT=70V及IOUT=0.3A時，測得的效率為92%。隨著輸出電流的減小，效率也會降低。