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電源/智慧型能源 Share print

可變高壓電源採用光電光耦合器

2014年11月06日  | sajjad Haidar

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現在市面上可以看到很多可調直流輸出範圍為0V∼30V或60V的電源,但高於60V的電源則很少。本設計實例可提供這樣的一個解決方案。


現在有很多固定電壓的開關式電源(SMPS),將幾個這樣的電源串聯起來還可實現更高的固定電壓。為調節SMPS或傳統變壓器的電壓,我們需要用到線性調節器(linear regulator)或開關式降壓轉換器。在降壓轉化器中,可使用MOSFET或IGBT作為開關元件。


通常,高壓側開關會用到啟動運轉(bootsrap operation)晶片或脈衝變壓器,幾乎沒有可驅動MOSFET的光電耦合器。由於光電耦合器無法提供足夠的電流來快速提高閘電容,因此它們主要用於驅動低功率MOSFET開關,如固態繼電器等。


這裡,筆者嘗試在開關式調節器中使用了內建快速關斷設備的光電耦合器(VOM1271)。如果將200pF閘電容連接至IC2,則開關時間(ton與toff)分別為53μs和24μs。有鑑於此,我們為降壓轉換器選擇了2kHz的開關頻率,並選用了德州儀器公司的TL494 (IC1)作為脈寬調變控制器。


圖1:高壓降壓轉換器示意圖
圖1:高壓降壓轉換器示意圖。

考慮到閘極閾值電壓(VGS(th))、總閘極電壓(Qg)、漏源電壓(VDS)及漏極電流(ID)等因素,我們選用AOT7S60 MOSFET來作為開關元件。VOM1271能夠提供約8.4V的電壓,因此VGS(th)應遠低於該值;Q1的VGS(th)為3.9V,因此當電壓為8.4V時,可實現良好導電性能。IC2無法提供更多電流(通常為45μA)。為確保開關速度並降低開關損耗,閘極電荷應保持低值。MOSFET的Qg為8.2nC。


在根據圖1所示修正和過濾降壓轉換器後,採用降壓線性變壓器輸出來檢測降壓轉換器。通過調整R1來不斷調節輸出電壓。


圖2: 70V輸出電壓及230Ω負載下的閘極電壓波形及IC1輸出波形
圖2 :70V輸出電壓及230Ω負載下的閘極電壓波形及IC1輸出波形。

可以看到,儘管關斷時間(toff)極短,但開啟時間(ton)仍約80μs。對於許多開關應用來說,這個開啟時間算是較長的。若將開關頻率設置為2kHz,應該不會導致太多開關損耗,對於PWM占空比較大的負載條件來說,更是如此。


儘管L1的值小於輸入電壓的計算值,但當負載範圍為80Ω∼230Ω時,漣波可達80∼120mV峰峰值。當輸入電壓為70V且負載為230Ω時,漣波為80mV峰峰值。相同運行條件下,線性調整率為0.75%。儘管效能隨運行條件而變化,但如果VOUT= 70V及IOUT= 0.3A,則測量效能為92%。而隨著輸出電流的減小,效能也會隨之降低。





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