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如何使用簡單電路來實現隔離轉換器的平滑軟啟動

科技觀察員 ? 來源:羅姆半導體社區 ? 作者:羅姆半導體社區 ? 2022-04-16 16:46 ? 次閱讀

大多數DC / DC轉換器需要軟啟動電路來限制啟動時的浪涌電流。雖然具有上電復位(POR)的系統需要平滑的軟啟動,但對于具有初級側控制器和有限占空比或電流的隔離式轉換器而言,這是很困難的。

圖1顯示了正向轉換器的軟啟動,初級側具有占空比軟啟動。轉換器的穩態輸出為12V。在10V(系統的POR閾值)下施加50%的負載電流。一旦施加負載,輸出就會下降并觸發系統關閉,從而導致系統多次循環。在軟啟動結束時,輸出超過10%,這是不可取的。

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圖1:啟動期間正向轉換器的輸出,負載施加在10V

在這篇文章中,我將使用一個簡單的電路來實現隔離轉換器的平滑軟啟動。該電路應用于有源鉗位正激轉換器,LM5025作為控制器。圖2顯示了次級側軟啟動的概念。

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圖2:隔離式轉換器的次級側軟啟動電路

首次施加輸入時,轉換器輸出(V OUT)開始上升。電容器(C SS)正在充電。C SS充電電流(I SS)流過電阻器(R SS)。當I SS為高電平時,則為V BE(on) / R SS。Q SS導通并開始從次級側復合節點(SEC COMP)拉電流,從而減少占空比。在軟啟動期間,誤差放大器飽和,軟啟動電路支配反饋環路。轉換器,C SS,R SS,Q SS和光耦合器形成一個閉環。當輸出上升到調節時,誤差放大器開始調節,并且I SS減小。Q SS關閉。

公式1顯示了從V OUT到光耦合器電流的傳遞函數:

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雖然有效,但這個簡單的電路可能不穩定,因為Q SS正向增益(β)很高并且在不同部件之間變化很大。要穩定該電路,請在Q SS的發射極和地之間插入增益降低電阻(R E),如圖3所示。增加R E可以降低啟動期間的反饋環路增益。

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圖3:添加R E以穩定軟啟動電路

公式2顯示了帶R E的軟啟動電路傳遞函數:

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在高頻時,使用公式3作為公式2的近似值:

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我使用以下參數將軟啟動電路添加到轉換器:

C SS =0.1μF。

R SS =100kΩ。

R E =1.18kΩ。

圖4顯示了帶有這些電路參數的軟啟動波形。當系統開始拉電流時,軟啟動電路停止從COMP吸取電流,占空比迅速增加。在負載瞬變引起輕微下降后,轉換器繼續軟啟動。

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圖4:軟啟動電路的軟啟動波形,如圖3所示

圖4還示出了在施加負載之后,轉換器開關節點(VSW)具有額外的電壓尖峰。圖5顯示了放大的波形。很明顯,系統振蕩頻率為9.5kHz。

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圖5:帶軟啟動電路的放大軟啟動波形

該設計中的控制器是電壓模式控制器。由于雙極,功率級具有180度的相位下降。有必要加零以提高穩定性; 你可以通過增加一個與R E并聯的電容(C E)來做到這一點。為了在相位裕度上增加45度,我將測得的振蕩頻率置于9.5kHz。當R E =1.18kΩ時,我添加了一個15nF電容。

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圖6:具有改善穩定性的軟啟動電路

圖7顯示了C E = 15nF 的啟動波形。消除了振蕩。總軟啟動時間為50ms。

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圖7:軟啟動波形,C E = 15nF

在軟啟動期間,典型的光耦二極管電流(I opto_D)為1.2mA至0.8mA。這由LM5025和光耦前向增益決定。當R E =1.18kΩ時,R SS兩端的電壓為V BE(ON) + R E ×0.8mA = 1.644V。VBE(on)= 0.7V。因此,您可以將I SS計算為I SS =(V BE(ON) + R E ×I opto_D)/ R SS。I SS / C SS設置輸出V OUT,dv / dt。為了確保次級側軟啟動的有效性,應將初級側軟啟動設置為比次級側軟啟動快得多。

測試結果表明,這種簡單的軟啟動電路有效地實現了隔離式轉換器的平滑軟啟動。

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