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关于隔离式转换器的平滑软启动

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木木&点点 发布时间:2020-2-27 21:33
大多数DC / DC转换器需要软启动电路来限制启动时的浪涌电流。虽然具有上电复位(POR)的系统需要平滑的软启动,但对于具有初级侧控制器和有限占空比或电流的隔离式转换器而言,这是很困难的。
: I7 @# E& ]( M# L9 T4 ^# G! B8 L! `5 p! K
图1显示了正向转换器的软启动,初级侧具有占空比软启动。转换器的稳态输出为12V。在10V(系统的POR阈值)下施加50%的负载电流。一旦施加负载,输出就会下降并触发系统关闭,从而导致系统多次循环。在软启动结束时,输出超过10%,这是不可取的。( T+ w' `* M7 J' M" T4 I

6 ^% d# @) [% K" }' z0 e
# @. k0 l, p- O- q, G" K图1:启动期间正向转换器的输出,负载施加在10V

$ A* T3 Q' C  s2 z) I9 T# B! R# h
* W4 m5 K5 ?1 t4 ?/ |) @在这篇文章中,我将使用一个简单的电路来实现隔离转换器的平滑软启动。该电路应用于有源钳位正激转换器,LM5025作为控制器。图2显示了次级侧软启动的概念。+ |7 ^" l2 k* y# k
6 `7 v+ _: Z( H0 S& @9 R2 V

* \7 v/ B8 r! d* n* V! ~图2:隔离式转换器的次级侧软启动电路
# r: [- e6 {7 y2 d: V* N

8 F: Q. `& G4 b5 _7 J- P首次施加输入时,转换器输出(V OUT)开始上升。电容器(C SS)正在充电。C SS充电电流(I SS)流过电阻器(R SS)。当I SS为高电平时,则为V BE(on) / R SS。Q SS导通并开始从次级侧复合节点(SEC COMP)拉电流,从而减少占空比。在软启动期间,误差放大器饱和,软启动电路支配反馈环路。转换器,C SS,R SS,Q SS和光耦合器形成一个闭环。当输出上升到调节时,误差放大器开始调节,并且I SS减小。Q SS关闭。$ o4 j" p" l4 q' H3 X. P/ c

/ q$ Z/ K! g' T7 x' e公式1显示了从V OUT到光耦合器电流的传递函数:
7 S  ?! I$ o% A. F0 w' j8 Q) o4 V. V& S; k0 v* F; h9 A

3 `9 m% M* r" S/ q1 l' N
3 c) R0 K0 ^0 t2 V虽然有效,但这个简单的电路可能不稳定,因为Q SS正向增益(β)很高并且在不同部件之间变化很大。要稳定该电路,请在Q SS的发射极和地之间插入增益降低电阻(R E),如图3所示。增加R E可以降低启动期间的反馈环路增益。$ @, b; i6 C# U

0 x  B: B$ a  h7 s4 n9 g9 P/ j1 K
图3:添加R E以稳定软启动电路( Y" G) q5 G; O7 d+ B' @' [
5 f9 n6 p8 j! s0 F3 n
公式2显示了带R E的软启动电路传递函数:
$ u. r  P0 y4 I/ M( q
/ O: R9 ~0 L/ {8 ^
2 Y) g5 d" C6 t5 O% f4 d1 x& A5 Z7 M
在高频时,使用公式3作为公式2的近似值:) O" C+ |) }) H# x# p  u; b

. _5 s9 c. w' X, T, w8 Y) f2 F/ F) v1 ^- n1 y1 s
6 n& @0 v6 }. |: ^' K% I
我使用以下参数将软启动电路添加到转换器:
! w4 _3 I+ a4 k: i! k
  • C SS =0.1μF。
  • R SS =100kΩ。
  • R E =1.18kΩ。
    7 R% u# f6 J/ l7 T# \
图4显示了带有这些电路参数的软启动波形。当系统开始拉电流时,软启动电路停止从COMP吸取电流,占空比迅速增加。在负载瞬变引起轻微下降后,转换器继续软启动。* u4 S, }( U3 Y' z

; e, j" i1 C8 }* r2 c; [4 C, i2 @: E" |( i
图4:软启动电路的软启动波形,如图3所示
0 e, W( g0 d/ B; I* }% {. T. I; T' E% R  M
图4还示出了在施加负载之后,转换器开关节点(VSW)具有额外的电压尖峰。图5显示了放大的波形。很明显,系统振荡频率为9.5kHz。
1 v- W9 |& X4 \! c
3 R0 C" T6 Q: J/ `3 T) K: N' s+ C2 N& `5 H! p! c) W$ q
图5:带软启动电路的放大软启动波形
! [" f7 o. ]) q' T4 g9 }2 ~; s3 N7 f& E- n' i" J
该设计中的控制器是电压模式控制器。由于双极,功率级具有180度的相位下降。有必要加零以提高稳定性; 你可以通过增加一个与R E并联的电容(C E)来做到这一点。为了在相位裕度上增加45度,我将测得的振荡频率置于9.5kHz。当R E =1.18kΩ时,我添加了一个15nF电容。
$ S8 N5 j! T* X" a# N2 g' w# y& S' {8 A7 C& s( E- G* ~, e
5 q0 t/ r5 ]' F" e6 p6 u
图6:具有改善稳定性的软启动电路" R. p! V6 {, d
3 t1 v4 {5 P  a5 d. b9 u6 s( Y
图7显示了C E = 15nF 的启动波形。消除了振荡。总软启动时间为50ms。
6 J& c, c9 {0 T8 K& s! e4 t5 I$ ~  |/ z$ J; n
* \" C( G' |3 _8 n8 o, ]. q% J
图7:软启动波形,C E = 15nF! a6 k" _0 g$ k$ F8 P

2 J. E% T, c9 l在软启动期间,典型的光耦二极管电流(I opto_D)为1.2mA至0.8mA。这由LM5025和光耦前向增益决定。当R E =1.18kΩ时,R SS两端的电压为V BE(ON) + R E ×0.8mA = 1.644V。VBE(on)= 0.7V。因此,您可以将I SS计算为I SS =(V BE(ON) + R E ×I opto_D)/ R SS。I SS / C SS设置输出V OUT,dv / dt。为了确保次级侧软启动的有效性,应将初级侧软启动设置为比次级侧软启动快得多。
6 {, }& Y# D0 S2 k* j& L: {. u" m4 o" T* v0 ^1 B1 T
. r  y+ s, {+ b
测试结果表明,这种简单的软启动电路有效地实现了隔离式转换器的平滑软启动。
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