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可變高壓電源采用光電耦合器的電路設計

發布時間：2014-10-17 責任編輯：xueqi

【導讀】市麵上可以看到很多0V～30V或60V可調直流輸出範圍的電源，但高於60V的電源則很少。本文可變高壓電源采用光電耦合器的電路設計實例，可為大家提供這樣一個對應的設計思路。

現在有很多固定電壓開關模式電源(SMPS)，將幾個這樣的電源串聯起來還可實現更高的固定電壓。為了從SMPS或基於傳統變壓器的電源獲得可調輸出，需要用到線性調節器或開關模式降壓轉換器。對於降壓轉換器，可使用MOSFET或IGBT作為開關元件。

通常，高側開關會使用自舉IC或脈衝變壓器。市場上很少有驅動MOSFET的光電耦合器。由於它們無法提供足夠的電流來對柵極電容快速充電，這些光電耦合器主要用於驅動低頻MOSFET開關，例如固態繼電器。

這裏嚐試在開關穩壓器中使用了光電耦合器(VOM1271)，該耦合器具有一個內置的快速關斷器件。如果將200pF柵極電容連接至IC2，則開關時間(ton與toff)分別為53μs和24μs。有鑒於此，降壓轉換器選擇了2kHz的開關頻率。此處選用了德州儀器(TI)的TL494(IC1)作為脈衝調製控製器。

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作為開關元件。由於VOM1271能夠提供約8.4V的電壓，VGS(th)應遠低於該值；Q1的VGS(th)為3.9V，當電壓為8.4V時，可實現良好的導通性能。IC2無法提供更多電流(通常為45μA)。為確保開關速度並降低開關損耗，柵極電荷應保持低值。MOSFET的Qg為8.2nC。

在根據圖1所示進行整流和濾波後，采用降壓線路變壓器輸出測試降壓轉換器。輸出電壓通過可變電阻器R1在5V～70V範圍內連續可調。

圖1：高壓降壓轉換器原理圖

圖2：給出了70V輸出及230Ω負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。對於許多開關應用來說，這個開啟過程是較慢的。若將開關頻率設置為2kHz，應該不會導致太多開關損耗，對於PWM占空比較大的負載條件來說更是如此。

盡管L 1 的值小於輸入電壓範圍的計算值，但當負載為80Ω～230Ω時，紋波可達80mV～120mVP-P。當輸出電壓為70V且負載為230Ω時，紋波為80mVP-P。相同工作條件下，電壓調整率為0.75%。盡管效率隨工作條件而變化，但在VOUT=70V及IOUT=0.3A時，測得的效率為92%。隨著輸出電流的減小，效率也會降低。

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