Микромощные преобразователи гальваноразвязки

Материал из eeWiki - открытая энциклопедия по электронике
Перейти к: навигация, поиск

При проектировании электронных устройств часто возникает задача проектирования микромощной гальваноразвязки для питания цепей входа-выхода или АЦП мощностью до 100-200 мвт. Готовые DC/DC преобразователи могут не устраивать по цене, напряжению изоляции, высоте корпуса или диапазону входного напряжения. Стандартный вариант - применение ИС драйвера трансформатора MAX253 или MAX845. Недостатками такого решения являются как цена самих драйверов ($2.5), так и узкий диапазон питания, потолок которого составляет всего 5 вольт (5.5). Готовые трансформаторы для преобразователей выпускают HALO и C&D.

Max253.gif

Неплохой альтернативой стандартному решению является использование сдвоенных драйверов MOSFET-транзисторов. Это решение идеально подходит для преобразователей с "широким" входом, потому что ИС класса 426 имеет диапазон напряжений питания от 4.5 до 17..20 вольт. Приведённая схема имеет мощный push-pull выход и генерирует практически меандр. Частота выходного наряжения при указанных номиналах - примерно 200кГц, скважность подбирается отношением резисторов и составляет примерно 50%.

426.gif

Сдвоенные инвертирующие драйверы очень широко распространены в природе под названиями TC4426, UCC37323, IR4426 и ценой около $0.6. Некоторые из них (TC4426, UCC37323, ICL7667) имеет усовершенствованную схему выхода на MOSFET-транзисторах (материал AN797 На сайте Микрочипа), что приводит к более высокому КПД в данном применении.

В этой схеме можно применять практически любые миниатюрные трансформаторы для управления затворами мощных MOSFET/IGBT транзисторов. От выхода драйвера можно запитать сразу несколько таких трансформаторов, получив сразу 3-4 гальванически развязанных источника.

При проектировании совершенно нового устройства можно предусмотреть подачу ШИМ с ножки микроконтроллера на MOSFET-ключ, используемый как драйвер трансформатора. Миниатюрные трансформаторы 78253 (78255) пр-ва C&D имеют напряжение изоляции до 4 kV.

Dc-dc.gif

Приведенная схема имеет некоторые особенности. В качестве ключа применен 2N7002, имеющий сопротивление открытого канала 7 ом и выдерживающий выбросы до 60 вольт. При низковольтном питании первички (3.3 вольта) рекомендуется IRLML2503. Для исключения выбросов на первичке используется RC-цепочка, формирующая траекторию переключения. Эта схема оказалась оптимальной во всем диапазоне предлагаемых условий.

Для минимизации помех важно при разводке ПП важно обеспечить минимальную площадь контура возврата импульсов тока первичной обмотки (выделен оранжевым на рисунке).

Важное замечание состоит в том, что существует некоторая оптимальная скважность ШИМ (отношение длительности 1 на затворе ключа к периоду ШИМ). При увеличении скважности от 0 до 50% увеличивается мощность, отдаваемая вторичной обмоткой, вместе с тем, начиная с определенного порога, увеличиваются потери и начинает греться ключ. В конкретной схеме, использующей 78253/55MV и питании от 12 вольт, и выходе 5V/30 мА - оптимальная скважность оказалась около 20-25% при частоте ШИМ в 200 кГц. Если у вас нет возможности программной подстройки скважности, вы можете подавать меандр на затвор ключа через дифференцирующую RC-цепочку.