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可变高压电源采用光电耦合器

Sajjad Haidar?? 2014年09月30日 ?? 收藏0
现在市面上可以看到很多0V~30V或60V可调直流输出范围的电源,但高于60V的电源则很少。本设计实例可提供这样一个解决方案。

现在有很多固定电压开关模式电源(SMPS),将几个这样的电源串联起来还可实现更高的固定电压。为了从SMPS或基于传统变压器的电源获得可调输出,需要用到线性调节器或开关模式降压转换器。对于降压转换器,可使用MOSFET或IGBT作为开关元件。

通常,高侧开关会使用自举IC或脉冲变压器。市场上很少有驱动MOSFET的光电耦合器。由于它们无法提供足够的电流来对栅极电容快速充电,这些光电耦合器主要用于驱动低频MOSFET开关,例如固态继电器。

这里尝试在开关稳压器中使用了光电耦合器(VOM1271),该耦合器具有一个内置的快速关断器件。如果将200pF栅极电容连接至IC2,则开关时间(ton与toff)分别为53μs和24μs。有鉴于此,降压转换器选择了2kHz的开关频率。此处选用了德州仪器(TI)的TL494(IC1)作为脉冲调制控制器。

考虑到栅极阈值电压(VGS(th))、总栅极电荷(Qg)、漏源电压(VDS)及漏极电流(ID)等因素,本例使用了AOT7S60 MOSFET作为开关元件。由于VOM1271能够提供约8.4V的电压,VGS(th)应远低于该值;Q1的VGS(th)为3.9V,当电压为8.4V时,可实现良好的导通性能。IC2无法提供更多电流(通常为45μA)。为确保开关速度并降低开关损耗,栅极电荷应保持低值。MOSFET的Qg为8.2nC。

在根据图1所示进行整流和滤波后,采用降压线路变压器输出测试降压转换器。输出电压通过可变电阻器R1在5V~70V范围内连续可调。

图1:高压降压转换器原理图。
图1:高压降压转换器原理图
(点击查看大图)

图2:给出了70V输出及230Ω负载下的栅源电压波形及IC1输出波形。
图2:给出了70V输出及230Ω负载下的栅源电压波形及IC1输出波形。

图2 给出了70V输出及230Ω负载下的栅源电压波形及IC1输出波形。

可以看到,尽管toff足够快,但ton仍约为80μs。对于许多开关应用来说,这个开启过程是较慢的。若将开关频率设置为2kHz,应该不会导致太多开关损耗,对于PWM占空比较大的负载条件来说更是如此。

尽管L 1 的值小于输入电压范围的计算值, 但当负载为80Ω~230Ω时,纹波可达80mV~120mVP-P。当输出电压为70V且负载为230Ω时,纹波为80mVP-P。相同工作条件下,电压调整率为0.75%。尽管效率随工作条件而变化,但在VOUT=70V及IOUT=0.3A时,测得的效率为92%。随着输出电流的减小,效率也会降低。

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可变高压电源? 光电耦合器? 开关稳压器? 高压降压转换器?

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