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使用低侧PWMIC的降压转换器-【新闻】卧式车床

发布时间:2021-04-20 12:10:22 阅读: 来源:钢格板厂家

使用低侧PWM IC的降压转换器

最常见的开关电源结构是降压转换器,它能高效地将高电压转换为低电压。图2给出了一个典型的降压转换器,其中N沟道MOSFET Q2需要一个浮栅驱动信号。浮栅驱动是PWM控制器IC的一部分。根据控制器的设计,Q2可以是N沟道或者是P沟道。遗憾的是,IC的额定电压必须与输入电压同高,这限制了它可以处理的极限最高电压。

图2中的电路采用一个简单的电压电平移位器,用一个降压转换器控制一个带低侧IC的导通晶体管,该IC有以地为基准的栅极驱动。由于PWM IC中的电平移位电路不用承受大电压,因此可以实现任意高输入电压的转换器。

带低侧栅极驱动的PWM IC可以为N沟道MOSFET供电,当它们有正的栅源电压时导通。图2中的电路使用P沟道器件作高侧MOSFET;它在栅源电压为负时导通。因此,必须将来自PWM控制器的控制信号作反转。Q2和Q3构成的MOSFET图腾柱结构也能工作,不过也可以采用一个反相栅极驱动器。

电容C2完成电平移位功能。它的值必须足够大,从而在开关频率下维持自己的电荷,而其电压又要足够小,跟得上输入电压的变化。电阻R2和P沟道MOSFET Q3将C2充电至电压VC=VIN–VCC,其中VC是C2的电压,VIN是输入电压,而VCC是Q2和Q3图腾柱结构及PWM IC的供电电压。供电电压必须低于齐纳二极管D2的击穿电压。另外,每当Q2导通时电流都会流经D2和C2,降低了效率。D2将C2的电压限制在上式中的值。当Q3导通时,如果试图升压则D2变为正偏。当Q3导通时,该电路在Q2栅源极之间施加的电压为2V,当Q2导通时加的电压为–VCC。

电阻R2亦确保了Q2栅源电容的放电,当图腾柱输出电压为高时,它保持Q2的关断。二极管D2将Q2的栅源电压限制在22V,无论电路输入电压是多少。电容C2对Q2的栅极驱动脉冲是透明的,因此电路的栅极驱动能力与图腾柱电路本身一样好。因此,电平移位对于电路可以驱动的MOSFET大小没有限制。

图3表示一个采用这种方案的实际降压转换器。转换器的输入电压为28V~45V,其输出电压在2.5A输出电流时为22V。转换器使用美国国家半导体公司的LM5222-2反激/升压/正激/SEPICPWM控制IC。

图中保留了为前图而设计的元件,但增加了一些功能,如C9的输入电压过滤,R2和R7的输入欠压锁定,C3的软起动功能,22.7 kΩ R3的522 kHz开关频率设置功能,C7、C8和R6的反馈补偿,以及R9和R22的输出电压设置。

LM5222-2提供了电流模式控制,但在本电路中,它采用的是电压模式控制。一个峰值为52μA的内部锯齿波电流源用于电压的斜升,为一个电流信号增加斜率补偿。这个电流流经5.22kΩ电阻R4和一个2kΩ的内部电阻,在CS脚产生一个52μA × ≈ 322 mV的峰峰值电压。COMP脚将这个锯齿波与COMP脚的输出误差电压作比较,为Q2生成正确的占空比信号。

图4是电路的开关波形。示波器通道2表示LM5222-2生成的栅极驱动信号。通道2表示相应的图腾柱输出电压。通道3表示Q2栅源之间的电平转换后图腾柱输出电压。Q2栅源电压的峰值等于输入电压,其波幅大约为8V,即LM5222-2内部产生的供电信号值。所有波形都很清晰,上升与下降时间均很短。该电路的满负荷效率在输入电压为28V和45V时分别为86%和83%。

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