可變高壓電源 光電耦合器來湊熱鬧

如今在市場上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可以實現更高的固定電壓。為了從SMPS或基于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。對于降壓轉換器，可使用MOSFET或IGBT作為開關元件。通常，高側開關會使用自舉IC或脈沖 變壓器。市場上很少有驅動MOSFET的光電耦合器。由于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于驅動低頻MOSFET開關。本文就將介紹一種基于光電耦合器的可變高壓電源設計方案。

本文的光電耦合器(VOM1271)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。有鑒于此，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)作為脈沖調制控制器。

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AOT7S60MOSFET作為開關 元件。由于VOM1271能夠提供約8.4V的電壓，VGS(th)應遠低于該值;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)。為確保開關速度并降低開關損耗，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后，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范圍內連續可調。

圖1 高壓降壓轉換器原理圖

圖2 70V輸出及230Ω負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。對于許多開關應用來說，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，對于PWM占空比較大的負載條件來說更是如此。

盡管L1的值小于輸入電壓范圍的計算值，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。