采用高穩定性隔離誤差放大器的反激式電源

　　連接/參考器件

　　ADuM3190

　　2.5 kV rms隔離誤差放大器

　　ADP1621

　　恒頻電流模式升壓DC-DC控制器

　　評估和設計支持

　　電路評估板

　　CN-0342電路評估板(EVAL-CN0342-EB1Z)

　　設計和集成文件

　　原理圖、布局文件、物料清單

　　電路功能與優勢

　　圖1所示電路是一種隔離式反激電源，采用線性隔離誤差放大器提供從副邊到原邊的反饋信號。基于光耦合器的解決方案的傳遞函數是非線性的，隨時間和溫度而變化;隔離放大器則不同，其傳遞函數是線性的，非常穩定，而且當跨越隔離柵傳輸反饋信號時，失調和增益誤差極小。

　　整個電路采用5 V至24 V電源供電，因而可以配合標準工業和汽車電源使用。采用5 V輸入和5 V輸出配置時，該電路的輸出能力高達1 A.

　　這款解決方案可以適應于較高直流輸入電壓產生較低輸出電壓的隔離電源應用場合，具有效率高、尺寸小等優勢。包括10 W至20 W電信和服務器電源，對于此類電源，效率和印刷電路板(PCB)密度很重要，而且常常使用-48 V電源作為輸入。

　　圖1.反激式電源電路原理示意圖

　　電路描述

　　所用隔離放大器為ADuM3190，其內置一個1.225 V基準電壓源和一個單位增益帶寬積為10 MHz的誤差放大器。完整的模擬反饋環路還包括外部阻性分壓器(R1、R2、R3和R4)及補償網絡(R9、C9和C10)。

　　ADuM3190兩端的輸入電源范圍均為3.0 V至20 V，內部低壓差穩壓器為基準電壓源、誤差放大器和模擬隔離器提供穩定的電源。

　　ADuM3190與分布式電源開放標準聯盟(DOSA)的輸出電壓調整方法兼容。

　　ADP1621為反激電源提供脈寬調制(PWM)控制。利用外加NPN晶體管(Q2)，內部5.5 V分流穩壓器提供高輸入電源電壓的能力。ADP1621工作在電流模式下，且能進行無損電流檢測，從而提供出色的線路和負載瞬態響應。

　　設置輸出電壓

　　輸出電壓通過一個分壓器設置，該分壓器位將VOUT分壓后送入ADuM3190的-IN引腳。系統的輸出電壓由電阻分壓比設置。通過使用ADuM3190的內置基準電壓源，-IN引腳的調節電壓為1.225 V.

　　對于5 V輸出配置，電阻分壓器值為：R1 = 2 kΩ，R2 = 47 kΩ，R3 = 51 kΩ，R4 = 100 kΩ。

　　基準電壓源

　　ADuM3190提供1.225 V內部基準電壓源，其在-40°C至+125°C溫度范圍內的額定精度為±1%.基準電壓輸出引腳(REFOUT)可以連接到誤差放大器的+IN引腳，以便設置輸出電壓。當需要較高精度或特殊輸出電壓時，必須使用其他基準電壓源，+IN引腳也可以連接到外部基準電壓源。

　　變壓器選擇

　　變壓器選擇很重要，因為它決定了原邊電感的電流紋波。

　　本設計示例使用以下參數：

　　●VIN = 5 V

　　●VOUT = 5 V

　　●IOUTMAX = 1 A

　　●fSW = 200 kHz

　　●變壓器匝數比= 1：1

　　變壓器原邊平均電流ILAVG由下式得出：

　　其中：

　　ILOAD為負載電流。

　　D為最大負載電流下的占空比。

　　NS/NP為變壓器的匝數比。

　　輸出電壓為：

　　占空比(D)為50%，因為輸出和輸入均為5 V，且變壓器匝數比為1：1.

　　原邊電感峰峰值紋波電流與電感值成反比：

　　其中：

　　fSW為開關頻率。

　　L為原邊電感值。

　　假設以連續導通模式(CCM)工作，原邊電感電流計算如下：

　　假設原邊紋波電流為變壓器原邊平均電流的50%，則電感值的合理選擇為：