實(shí)例分析可變高壓電源采用光電耦合器

現(xiàn)在市面上可以看到很多0V～30V或60V可調(diào)直流輸出范圍的電源，但高于60V的電源則很少。本設(shè)計(jì)實(shí)例可提供這樣一個(gè)解決方案。
　　現(xiàn)在有很多固定電壓開關(guān)模式電源（SMPS），將幾個(gè)這樣的電源串聯(lián)起來還可實(shí)現(xiàn)更高的固定電壓。為了從SMPS或基于傳統(tǒng)變壓器的電源獲得可調(diào)輸出，需要用到線性調(diào)節(jié)器或開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器。對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，可使用MOSFET或IGBT作為開關(guān)元件。
　　通常，高側(cè)開關(guān)會(huì)使用自舉IC或脈沖變壓器。市場(chǎng)上很少有驅(qū)動(dòng)MOSFET的光電耦合器。由于它們無法提供足夠的電流來對(duì)柵極電容快速充電，這些光電耦合器主要用于驅(qū)動(dòng)低頻MOSFET開關(guān)，例如固態(tài)繼電器。
　　這里嘗試在開關(guān)穩(wěn)壓器中使用了光電耦合器（VOM1271），該耦合器具有一個(gè)內(nèi)置的快速關(guān)斷器件。如果將200pF柵極電容連接至IC2，則開關(guān)時(shí)間（ton與toff）分別為53μs和24μs.有鑒于此，降壓轉(zhuǎn)換器選擇了2kHz的開關(guān)頻率。此處選用了德州儀器（TI）的TL494（IC1）作為脈沖調(diào)制控制器。
　　考慮到柵極閾值電壓（VGS（th））、總柵極電荷（Qg）、漏源電壓（VDS）及漏極電流（ID）等因素，本例使用了AOT7S60 MOSFET作為開關(guān)元件。由于VOM1271能夠提供約8.4V的電壓，VGS（th）應(yīng)遠(yuǎn)低于該值；Q1的VGS（th）為3.9V，當(dāng)電壓為8.4V時(shí)，可實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)通性能。IC2無法提供更多電流（通常為45μA）。為確保開關(guān)速度并降低開關(guān)損耗，柵極電荷應(yīng)保持低值。MOSFET的Qg為8.2nC.
　　在根據(jù)圖1所示進(jìn)行整流和濾波后，采用降壓線路變壓器輸出測(cè)試降壓轉(zhuǎn)換器。輸出電壓通過可變電阻器R1在5V～70V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
　　
　　圖1：高壓降壓轉(zhuǎn)換器原理圖
　　
　　圖2：給出了70V輸出及230Ω負(fù)載下的柵源電壓波形及IC1輸出波形。
　　圖2給出了70V輸出及230Ω負(fù)載下的柵源電壓波形及IC1輸出波形。
　　可以看到，盡管toff足夠快，但ton仍約為80μs.對(duì)于許多開關(guān)應(yīng)用來說，這個(gè)開啟過程是較慢的。若將開關(guān)頻率設(shè)置為2kHz，應(yīng)該不會(huì)導(dǎo)致太多開關(guān)損耗，對(duì)于PWM占空比較大的負(fù)載條件來說更是如此。
　　盡管L 1的值小于輸入電壓范圍的計(jì)算值，但當(dāng)負(fù)載為80Ω～230Ω時(shí)，紋波可達(dá)80mV～120mVP-P.當(dāng)輸出電壓為70V且負(fù)載為230Ω時(shí)，紋波為80mVP-P.相同工作條件下，電壓調(diào)整率為0.75%.盡管效率隨工作條件而變化，但在VOUT=70V及IOUT=0.3A時(shí)，測(cè)得的效率為92%.隨著輸出電流的減小，效率也會(huì)降低