由主电感变压器产生辅助电源输出

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许多系统除了需要主电源外还需要低功率电源。一个典型例子就是当模拟前端放大器需要±5V电源时,主数字电路只需要+5V电源。由于成本、库存管理、电磁兼容等原因,采用单独的-5V转换器设计这个低功率电源也许并不合适,所以必须利用某些方法从主电源获得额外的电源轨。

执行降压型转换器IC的开关操作可以提供一个或多个隔离或非隔离的、准稳压或非稳压的输出,这样就有可能得到大小等于主电源输出电流10%至30%的辅助电源输出电流。

首先回顾一下降压转换器的工作波形,以确定可用来产生额外输出的电压和电流(图1)。在LX引脚上,转换电压波形的幅值范围为:

(VIN(MAX)-VDIODE)<VLX<(VIN(MIN)-VDIODE)

在电源周期(LX连接VIN)内,主电感L1上的电压为:

(VIN(MAX) -VOUT)<VIND<(VIN(MIN)-VOUT)

图1:利用降压转换器中的一定电压和电流可产生额外的电源输出。

连续电感电流操作

当电源开关断开时,LX引脚上的电压变成负值,从而导通二极管D1以确保电感上有连续电流。在D1上的电流下降到零之前,当电源周期一开始连续电流操作就开始了。相关波形如图2所示。如果知道与主要元件有关的各种RMS电流和电压,则按以下方法计算功率消耗。

(1)计算内部LX开关的功率消耗:

PSW=(ISW_RMS)2RON_SW

(2)计算IC的静态功率消耗:

PI_QUIESCENT=VINIQUIESCENT

(3)计算肖特基二极管D1的功率消耗:

PDIODE=IDIODE_RMSVDIODE_FORWARD

(4)计算负载功率消耗:

PLOAD=RLOAD(ILOAD_RMS)2

其中,RON_SW等于数据表给出的内部电源开关导通阻抗(从VIN引脚至LX引脚),RLOAD为接至电源输出的有效阻抗,IQUIESCENT为无开关操作时控制IC的静态电流,IDIODE_RMS为肖特基二极管D1的正向RMS电流,VDIODE_FORWARD为肖特基二极管D1在额定电流下的正向压降,ILOAD_RMS为负载RMS电流。

图2:图1电路的连续电感电流波形和相关等式示。

当从主降压转换器中获取额外电源时,有一点非常重要,即主电源输出一直处于负载状态,而主电感在整个主降压转换器的负载范围内始终保持导通。

电感的选择

为确保在电感中有足够的能量储备,需要知道主电感上的电压、工作频率和电感电流纹波,以便设置主电感的值,而最大占空比和最小输入电压决定了主电感的最小值,如下所示:

其中:

IRIPPLE=%ILOAD (当电感电流连续时)

一般选择纹波电流等于输出电流的某一百分比,对于MAX5035选择纹波电流等于输出电流的30%。请注意,在出现非连续电流之前,纹波电流的大小决定最小负载电流。额外的辅助电源将提高对电源开关峰值电流的要求,从而要求限制辅助电源汲取的电流。

图3:在这个反激电路中,辅助电源输出以0V为参考(a),或者以主电源正输出为参考(b)。

对许多应用来说,评估套件中100µH和68µF输出滤波器值的标准设置比较合适,且这些值可用于另外的电源。MAX5035具有固定的内部第3类补偿电路,该补偿电路会对输出电容的选择带来一定限制。此外,还要对电容的等效串联电阻(ESR)进行选择,以使“零”频率出现在20kHz至40kHz之间(参见MAX5035数据表的应用章节)。

图4:次级负载引起初级电感电流发生变化。