非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器常見問題FAQ

隔離和非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器有什么區(qū)別？

隔離描述了直流-直流轉(zhuǎn)換器輸入和輸出之間的電氣隔離。隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器利用一個(gè)變壓器來消除輸入輸出之間的直流路徑。相反地，非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器則在輸入輸出之間具有一條直流路徑。非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常采用專用IC。

為什么系統(tǒng)電源需要隔離？

為安全計(jì)，電子系統(tǒng)的交流輸入和直流輸出間必須隔離。所有工作在交流線網(wǎng)的系統(tǒng)都有隔離要求，包括前端直流-交流電源(front-end ac-dc power supply)，隔離“磚式(brick)”直流-直流轉(zhuǎn)換器，非隔離負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器(point-of-load converter)。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，直流-交流和直流-直流電源的典型隔離電壓在1500V到4000V之間。

非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器IC的典型應(yīng)用有哪些？

不使用交流線網(wǎng)的電池系統(tǒng)是非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器的主流應(yīng)用。此外，由隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器提供輸入功率的負(fù)載點(diǎn)直流-直流轉(zhuǎn)換器，如總線轉(zhuǎn)換器，代表了非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。

典型非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器IC的電路是什么？

下圖顯示了非隔離降壓轉(zhuǎn)換器IC的簡(jiǎn)單原理圖。電阻R1和R2構(gòu)成分壓器，可調(diào)節(jié)降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器可以通過使用精密電阻將輸出電壓設(shè)置在1.8、2.5、3.3或5.0 V等，從而具有不同的輸出電壓。

隔離開關(guān)模式的直流-直流轉(zhuǎn)換器IC具有哪些典型的元件配置？

隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器利用一個(gè)電感-電容輸出濾波器，用一個(gè)二級(jí)電路是二極管整流或同步整流的開關(guān)變壓器來產(chǎn)生直流輸出電壓。它往往采用光耦合器來提供隔離反饋電壓。典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為反馳或前向轉(zhuǎn)換器(Flyback or forward converter)。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是通過增加二級(jí)變壓器線圈能產(chǎn)生多個(gè)輸出電壓。

非隔離開關(guān)模式的直流-直流轉(zhuǎn)換器IC具有哪些典型的元件配置？

這類直流-直流轉(zhuǎn)換器IC大多數(shù)都使用了內(nèi)部或外部的同步整流器。唯一的磁性元件通常是輸出電感。與隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器相比，在功率電壓級(jí)相同的情況下，它的成本往往更小，元件更少，占用的印制電路板面積卻更小。而且，由于這類直流-直流轉(zhuǎn)換器的磁性元件只有一個(gè)電感，故電磁干擾對(duì)它的影響更小。

這個(gè)非隔離降壓轉(zhuǎn)換器IC采用了一個(gè)由n溝道功率MOSFET組成的外部同步轉(zhuǎn)換器，它反饋回一個(gè)非隔離直流電壓。不過，隔離轉(zhuǎn)換器則需要一個(gè)用于反饋的光耦合器。

為什么非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器IC的輸入電容十分重要？

輸入電容大小的主導(dǎo)因素是它的電流處理能力。決定這種能力的通常是封裝尺寸和電容的等效串聯(lián)阻抗(equivalent series resistance，ESR)。如果這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都被滿足，則電容往往足夠大，可以防止阻抗和輸入電壓源的交互作用。一般而言，用陶瓷電容作為輸入濾波，因?yàn)樗�能同時(shí)提供低阻抗和小占位面積的優(yōu)點(diǎn)。圖中，CIN是輸入電容。

為什么非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器IC的輸出濾波器很重要？

輸出濾波器由一個(gè)電感(圖中的L1)和一個(gè)電容(圖中的COUT)組成。由于輸出電容是直流-直流轉(zhuǎn)換器反饋環(huán)路的一部分，它的大小和ESR都很重要。電感特性影響著輸出紋波和電路穩(wěn)定性。電感的重要參數(shù)包括它的感應(yīng)系數(shù)、飽和電流和核心材料。飽和電流應(yīng)該大于最大輸出電流，這樣它才能應(yīng)付任何的紋波或瞬間過電流事件。

在非隔離直流-直流轉(zhuǎn)換器IC中，軟啟動(dòng)是必需的嗎？

內(nèi)部軟啟動(dòng)限制了浪涌電流，并能實(shí)現(xiàn)直流-直流轉(zhuǎn)換器的受控啟動(dòng)。沒有軟啟動(dòng)，直流-直流轉(zhuǎn)換器可能產(chǎn)生啟動(dòng)瞬態(tài)效應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)里的其它電路造成影響。大多數(shù)IC的軟啟動(dòng)電路都采用一個(gè)外部電容來提供啟動(dòng)時(shí)間。

LM1770同步降壓控制器

LM1770采用微型SOT23封裝，是一種高效的同步降壓開關(guān)控制器。它的恒定導(dǎo)通時(shí)間(constant on-time)控制簡(jiǎn)化了補(bǔ)償需求，使所需外部元件數(shù)目減至最小，并且節(jié)省了印制電路板空間。LM1770還具有一種獨(dú)特的輸入前饋 (feedforward)功能，可以頻率獨(dú)立于輸入電壓而保持恒定。

輸入電壓優(yōu)化范圍在2.8V到5.5V間，可提供一個(gè)低至0.8V的可調(diào)輸出電壓。該控制器IC在一種同步整流器配置中驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部高端PFET和低端NFET，使之效率高達(dá)95％。按照具體應(yīng)用所需的開關(guān)頻率，LM1770可分為三種版本。額定開關(guān)頻率范圍為100到1000kHz。其它特性還包括400-μA的靜態(tài)電流，內(nèi)部軟啟動(dòng)以及短路保護(hù)。

LM5005高壓2.5-A降壓調(diào)節(jié)器

LM5005高壓開關(guān)調(diào)節(jié)器采用最少的外部元件，擁有高效高電壓降壓調(diào)節(jié)器所需的所有功能。該調(diào)節(jié)器的片上75-V n溝道降壓開關(guān)具有2.5A的輸出能力。它的輸入電壓范圍為7到75V，輸出可調(diào)節(jié)，低達(dá)1.225 V。這種IC利用一個(gè)模擬電流斜坡實(shí)現(xiàn)電流模式控制，可提供固有線路前饋、逐周期電流限制、輕松的環(huán)路補(bǔ)償?shù)刃阅堋Ｄ�擬電流斜坡降低了其脈沖寬度調(diào)制電路的噪聲靈敏度，從而可以可靠控制高輸入電壓應(yīng)用所需的極小占空比。

通過使用一個(gè)單獨(dú)的外部電阻，工作頻率可在50到500 kHz間變化。多個(gè)LM5005調(diào)節(jié)器能夠自同步或與一個(gè)外部時(shí)鐘同步。保護(hù)功能包括電流限制、熱關(guān)斷、遠(yuǎn)程關(guān)斷能力，以及可編程軟啟動(dòng)。該器件采用功率增強(qiáng)型TSSOP-20封裝，它具有一個(gè)可提高其熱性能的暴露的裸片襯墊。

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