LT1425：隔離反激式開關(guān)穩(wěn)壓器的卓越之選

引言

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，開關(guān)穩(wěn)壓器是不可或缺的重要組件。今天，我們來深入探討一款名為 LT1425 的隔離反激式開關(guān)穩(wěn)壓器，它具有諸多獨(dú)特的特性，能為各類應(yīng)用提供高效、穩(wěn)定的電源解決方案。

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特性亮點(diǎn)

無需額外組件

LT1425 無需變壓器 “第三繞組” 或光耦合器，這不僅簡化了電路設(shè)計(jì)，還降低了成本和電路板空間。它能夠直接從初級側(cè)反激波形感應(yīng)隔離輸出電壓，避免了傳統(tǒng)方法中光耦合器帶來的功率損耗、成本增加以及因光耦合器自身特性（如有限的動態(tài)響應(yīng)、非線性、單元間差異和老化問題）導(dǎo)致的一系列麻煩。

高精度輸出電壓

在無需用戶調(diào)整的情況下，它能實(shí)現(xiàn) ±5% 的準(zhǔn)確輸出電壓。通過電阻可編程輸出電壓，工程師可以根據(jù)具體需求靈活調(diào)整輸出電壓值。

輕載性能出色

該穩(wěn)壓器在不連續(xù)模式（輕載）下仍能保持良好的調(diào)節(jié)性能，并且還提供可選的負(fù)載補(bǔ)償功能，進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)節(jié)能力。

工作頻率與同步功能

其工作頻率為 285kHz，還能輕松同步到外部時鐘，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

封裝形式

采用 16 引腳窄 SO 封裝，適合多種應(yīng)用場景。

應(yīng)用領(lǐng)域

LT1425 的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括隔離反激式開關(guān)穩(wěn)壓器、以太網(wǎng)隔離 5V 至 -9V 轉(zhuǎn)換器、醫(yī)療儀器以及隔離電信電源等領(lǐng)域。這些應(yīng)用場景都對電源的穩(wěn)定性、隔離性和效率有較高要求，而 LT1425 正好能滿足這些需求。

電氣特性

反饋放大器

參考電流（IREF）在特定條件下有明確的范圍，反饋放大器跨導(dǎo)（gm）、源或灌電流（ISOURCE、ISINK）以及鉗位電壓（VCL）等參數(shù)也都有相應(yīng)的規(guī)格。參考電壓/電流的線路調(diào)整率低至 0.01%/V，電壓增益達(dá)到 500V/V，輸入電壓感應(yīng)誤差僅 10 - 25mV。

輸出開關(guān)

輸出開關(guān)的擊穿電壓（BV）為 35 - 50V，導(dǎo)通電壓（V(VSW)）在 0.55 - 0.85V 之間。開關(guān)電流限制（ILIM）根據(jù)不同的占空比和溫度范圍有不同的值。

電流放大器

控制引腳閾值在特定占空比下有明確的范圍。

定時參數(shù)

開關(guān)頻率（fSW）在 260 - 300kHz 之間，最小開關(guān)導(dǎo)通時間（tON）為 170 - 260ns，反激啟用延遲時間（tED）為 150ns，最小反激啟用時間（tEN）為 180ns，最大開關(guān)占空比為 85 - 96%。

負(fù)載補(bǔ)償

負(fù)載補(bǔ)償參數(shù) ?VRCCOMP/?ISW 為 0.45Ω。

同步功能

最小同步幅度為 1.5 - 2.2V，同步范圍為 320 - 450kHz，同步引腳輸入電阻為 40kΩ。

電源

最小輸入電壓（VIN(MIN)）為 2.8 - 3.1V，電源電流（ICC）為 7.0 - 9.5mA，關(guān)斷模式電源電流為 15 - 40μA，關(guān)斷模式閾值為 0.3 - 1.3V。

引腳功能

接地引腳

GND（引腳 1、8、9、16）連接到芯片的襯底，應(yīng)直接連接到優(yōu)質(zhì)接地平面；SGND（引腳 7）是干凈的信號接地，內(nèi)部參考和反饋放大器都以此為參考；PGND（引腳 10）是功率接地，是功率開關(guān)器件的發(fā)射極，有大電流通過，也需連接到優(yōu)質(zhì)接地平面。

反饋與參考引腳

RFB（引腳 3）是連接到變壓器初級的外部 “反饋” 電阻的輸入引腳，其與 RREF 電阻的比值決定了輸出電壓；RREF（引腳 5）是外部接地參考 “參考” 電阻的輸入引腳，阻值應(yīng)在 3k 左右。

控制與同步引腳

VC（引腳 4）是控制電壓引腳，通過在該節(jié)點(diǎn)與地之間放置電容實(shí)現(xiàn)整體環(huán)路的頻率補(bǔ)償；SYNC（引腳 6）用于將內(nèi)部振蕩器同步到外部頻率參考，若不使用可浮空，但為了獲得最佳抗噪性能，建議接地。

其他引腳

VSW（引腳 11）是輸出開關(guān)的集電極節(jié)點(diǎn)，有大電流通過，應(yīng)盡量縮短與開關(guān)組件的走線；VIN（引腳 12）是電源電壓引腳，需用 10μF 或更大的電容旁路，當(dāng) VIN 低于 2.8V 時，器件進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)；RCCOMP（引腳 13）用于負(fù)載補(bǔ)償功能的外部濾波電容；ROCOMP（引腳 14）是可選外部負(fù)載補(bǔ)償電阻的輸入引腳；SHDN（引腳 15）用于關(guān)閉穩(wěn)壓器，將輸入電流降低到幾十微安，不使用時可浮空。

工作原理

創(chuàng)新的電壓感應(yīng)方式

LT1425 采用電流模式開關(guān)技術(shù)，通過檢測初級側(cè)反激脈沖波形來獲取隔離輸出電壓信息，無需光耦合器或額外的變壓器繞組。這種方式相比傳統(tǒng)方法有了質(zhì)的提升，目標(biāo)輸出電壓可直接通過電阻編程，在不連續(xù)模式下也能保持良好的調(diào)節(jié)性能，還提供可選的負(fù)載補(bǔ)償功能。

誤差放大器原理

偽直流理論

當(dāng)輸出開關(guān) Q4 關(guān)閉時，其集電極電壓上升，反激脈沖的幅度與輸出電壓、二極管正向電壓、變壓器次級電流和次級電路總阻抗等因素有關(guān)。反激電壓通過 (R{FB}) 和 Q1 轉(zhuǎn)換為電流，該電流流經(jīng) (R{REF}) 形成與內(nèi)部帶隙參考比較的電壓，最終通過外部電容積分得到控制電壓，以設(shè)置電流模式觸發(fā)點(diǎn)。通過一系列推導(dǎo)，可以得到輸出電壓 (V_{OUT}) 與內(nèi)部參考、編程電阻、變壓器匝數(shù)比和二極管正向壓降等的關(guān)系。

動態(tài)理論

LT1425 的正常運(yùn)行需要多個定時信號。最小輸出開關(guān)導(dǎo)通時間確保了每個振蕩器周期內(nèi)輸出開關(guān)至少導(dǎo)通一定時間，以維持調(diào)節(jié)；啟用延遲是為了避免變壓器初級側(cè)電壓波形中與輸出電壓無關(guān)的電壓尖峰對反饋放大器的影響；崩潰檢測比較器用于在反激電壓低于一定水平時禁用反饋放大器，以適應(yīng)連續(xù)和不連續(xù)模式的運(yùn)行；最小啟用時間防止在輸出電壓異常低時出現(xiàn)鎖定問題；可變啟用周期會直接影響反激放大器的有效跨導(dǎo)和 (V_{C}) 節(jié)點(diǎn)的壓擺率。

負(fù)載補(bǔ)償理論

變壓器次級電流流經(jīng)輸出整流器、變壓器次級和輸出電容的非零阻抗會導(dǎo)致潛在的誤差。LT1425 通過開發(fā)與平均輸出開關(guān)電流成比例的電壓，并將其施加在外部 (ROCOMP) 電阻上，將產(chǎn)生的電流從 (R_{FB}) 節(jié)點(diǎn)減去，以補(bǔ)償輸出阻抗誤差。通過一系列推導(dǎo)，可以得到 (ROCOMP) 電阻的計(jì)算公式。

應(yīng)用信息

電阻值選擇

(R{FB}) 和 (R{REF}) 電阻值

通過對輸出電壓表達(dá)式的重新整理，可以得到 (R{FB}) 的計(jì)算公式。其中，(R{REF}) 應(yīng)約為 3k，因?yàn)?LT1425 是基于該值進(jìn)行微調(diào)并規(guī)定規(guī)格的。雖然 (R_{REF}) 有一定的變化范圍是可以接受的，但如果其阻抗與 3k 相差較大，會導(dǎo)致額外的誤差。

(R_{OCOMP}) 電阻值

理論上可以通過公式計(jì)算 (R{OCOMP}) 的值，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于一些輸入變量難以精確估計(jì)，通常采用經(jīng)驗(yàn)方法。首先構(gòu)建一個使用最終次級組件的電源原型，暫時接地 (R{CCOMP}) 引腳以禁用負(fù)載補(bǔ)償功能，在預(yù)期的輸出電流負(fù)載范圍內(nèi)操作電源并測量輸出電壓偏差，近似得到 (R{OUT}) 的值，然后根據(jù) (V{IN})、(V{OUT}) 和測量的（差分）效率計(jì)算 K1 常數(shù)，最后結(jié)合數(shù)據(jù)手冊中 (Delta V{RCCOMP} / Delta I{SW}) 的典型值得到 (R{OCOMP}) 的值。選擇合適的負(fù)載補(bǔ)償電阻后，可能需要調(diào)整 (R_{FB}) 電阻的值，以補(bǔ)償負(fù)載補(bǔ)償系統(tǒng)的非線性。

變壓器設(shè)計(jì)考慮

匝數(shù)比

由于使用 (R{FB}/R{REF}) 電阻比來設(shè)置輸出電壓，用戶在選擇變壓器匝數(shù)比時有相對的自由度，可以選擇更簡單的整數(shù)比，如 1:1、2:1、3:2 等，以方便設(shè)置總匝數(shù)和互感。但要注意輸入電源電壓加上反激脈沖的次級到初級參考版本（包括泄漏尖峰）不能超過允許的輸出開關(guān)擊穿額定值。

泄漏電感

變壓器的泄漏電感會在輸出開關(guān)關(guān)閉后產(chǎn)生尖峰，在高負(fù)載電流時更為明顯。通常需要一個 “緩沖” 電路來避免輸出開關(guān)節(jié)點(diǎn)的過電壓擊穿。反饋系統(tǒng)有一定的輸入范圍限制，這有助于抑制較大的泄漏尖峰。當(dāng)泄漏電感較大時，可能會導(dǎo)致輸出電壓調(diào)節(jié)出現(xiàn)問題，甚至出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，因此在使用具有較大泄漏電感的變壓器時，需要進(jìn)行最壞情況檢查。

總結(jié)

LT1425 作為一款高性能的隔離反激式開關(guān)穩(wěn)壓器，憑借其獨(dú)特的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，為電子工程師提供了一個可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電阻值和變壓器參數(shù)，以充分發(fā)揮 LT1425 的優(yōu)勢。你在使用類似穩(wěn)壓器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。