采用單個IC從30 V至400 V輸入產(chǎn)生隔離或非隔離±12 V輸出

作者：ADI公司 Zhijun （George） Qian，William Xiong

電動汽車、大型儲能電池組、家庭自動化、工業(yè)和電信電源都需要將高電壓轉換為±12 V，以滿足為放大器、傳感器、數(shù)據(jù)轉換器和工業(yè)過程控制器供電的雙極性電源軌需求。所有這些系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)之一是構建一個緊湊、高效的雙極性穩(wěn)壓器，它的工作溫度范圍為-40°C至+ 125°C，這在汽車和其他高環(huán)境溫度應用中尤為重要。

線性穩(wěn)壓器已廣為人知，并且通常位列雙極性電源備選方案的首位，但它不適用于上述高輸入電壓、低輸出電壓的應用，這主要是由線性穩(wěn)壓器在高降壓比下的散熱所導致。此外，雙極性解決方案至少需要兩個集成電路（IC）：一個正輸出線性穩(wěn)壓器和一個負輸出轉換器。更好的解決方案是使用單個開關穩(wěn)壓器，該開關穩(wěn)壓器從較高的輸入產(chǎn)生兩個輸出，并具有良好的效率和調節(jié)性能，同時還能適用于狹小空間并降低成本。

本文介紹了兩種精簡電路，它們均使用單個高電壓LT8315轉換器，可由30V至400V的寬輸入電壓范圍產(chǎn)生±12V輸出。一個電路是隔離型反激式拓撲，另一個則是非隔離型降壓拓撲。LT8315本身是一款高電壓單芯片轉換器，內置集成630 V/300 mA MOSFET、控制電路和高電壓啟動電路，采用耐熱增強型20引腳TSSOP封裝。

無需光耦合器的隔離型雙極性反激式穩(wěn)壓器

反激式轉換器廣泛用于多輸出應用，以提供電氣隔離、改善安全性并增強抗擾性。輸出可以為正，亦可為負，具體取決于輸出的哪一端接地。傳統(tǒng)上，采用光耦合器將信息從副邊基準電壓源電路傳輸至原邊，以此來實現(xiàn)輸出電壓調節(jié)。問題在于，由于傳播延遲、老化和增益變化等原因，光耦合器會大大增加復雜性并降低可靠性。通常，連接至IC反饋引腳的輸出在調節(jié)回路中占主導地位，而其他輸出則通過變壓器繞組進行松散控制，導致這些輸出的調節(jié)性能不良。

LT8315無需使用光耦合器，它從電源變壓器的第三繞組采樣反激回來的隔離輸出電壓。此外，它在副邊電流幾乎為零時亦可檢測到輸出電壓，以實現(xiàn)出色的負載調整。在雙輸出設計中，這種特殊的檢測方案允許嚴密調節(jié)每個輸出（兩個輸出都能主導調節(jié)）。因此，典型的±5%負載調節(jié)非常易于實現(xiàn)。

圖1所示的LT8315解決方案在準諧振邊界傳導模式下工作。原邊MOSFET具有很低的導通損耗，這是因為當開關節(jié)點振鈴達到其谷值時，MOSFET才導通。副邊沒有二極管反向恢復損耗。3 kV增強絕緣變壓器是整個隔離柵上唯一的組件，它可提升系統(tǒng)可靠性并滿足嚴格的高壓電源隔離要求。圖2顯示了不同輸入電壓下的滿載效率曲線。當輸入為70 V且兩個負載電流均為50 mA時，該反激式轉換器可實現(xiàn)85.3%的峰值效率。

圖1顯示了一款具有30 V至400 V寬輸入范圍的反激式轉換器的完整原理圖。它的輸出為±12 V，并可在負載電流為5 mA至50 mA時保持非常準確的控制。該反激式轉換器的峰值效率為85.3%，如圖2所示。