隔离式 DCDC 转换器分流安全设计

我们知道我们的并联稳压器处于危险之中吗？不？别担心——修复是免费的。免费是好的。

隔离式 DC-DC 转换器应用中使用的非常常见的反馈电路使用ATL431等分流稳压器和光隔离器将输出电压反馈到脉冲宽度调制器(PWM) 控制器。

ATL43xLI器件是3端子可调节并联稳压器，在适用的汽车级、商用级和军用级温度范围内均可满足规定的热稳定性。可以通过两个外部电阻器将输出电压设置为介于V-ref（约为2.5V）和36V之间的任意值。

这些器件具有0.3Ω的输出阻抗典型值。有源输出电路可提供非常急剧的导通特性，从而使这些器件在许多应用中成为齐纳二极管的出色 替代品，这些应用包括板载稳压、可调节电源和开关电源。这款器件是TL431LI和TL432LI的引脚对引脚替代品，且最低工作电流更低，有助于降低系统功耗。ATL432LI器件具有与ATL431LI器件完全相同的功能和电气特性，但是具有不同的DBZ封装引脚排布。ATL431LI器件具有A和B两个等级，25°C下的初始容差分别为1%和0.5%。此外，低输出温漂可确保在整个温度范围内保持出色的稳定性。ATL43xLIxQ器件的额定工作温度范围是–40°C至+125°C。

该电路有效且易于使用。然而，很少有人意识到隐藏的静电放电 (ESD)/电气过应力 (EOS) 危险。

图 1：简化电路

乍一看，图 1 中的分流稳压器似乎不受 EOS 影响。V OUT上的过压将导致阴极电压下降，并且由于从参考引脚到阴极引脚的内部二极管，参考引脚不会上升。串联电阻将通过限制基准和阴极引脚上的电流来保护分流器。由于整流器钳位电压并且串联电阻器限制分流器的电流，负电压 V OUT不会损坏分流器。

但是，如果在 ESD 事件期间隔离两端的电压变得过高，则分流稳压器可能会损坏。隔离中最薄弱的地方通常是光隔离器引线。

一旦光隔离器间隙被破坏，最简单的 ESD 放电路径将通过分流稳压器，如图 2 中的红线所示。

图 2：红线是 ESD 路径，电弧穿过光隔离器引线

将电阻器 R1 从光隔离器的阳极移到阴极侧将在隔离破坏期间保护分流器。移动电阻器对性能或稳定性没有影响。它之所以有效，是因为光隔离器缺口现在更喜欢将输出电容器作为接地路径。图 3 中的红线显示了新的 ESD 路径。

图 3：红线是新的 ESD 路径，电弧穿过光隔离器引线

现在分流稳压器不再位于主要 ESD 路径中，它将继续存在。电容器现在吸收电流，但它所承受的 ESD 能量比并联稳压器所能承受的要高得多。根据光隔离器上的哪些引脚通过电弧，PWM控制器仍然存在重大危险，光隔离器本身也存在一些危险。

另一种危险可能发生在空间受限的设计中。如果分流器或其节点走线距离隔离（热接地）走线太近，则可能会直接在分流器或其电路迹线上产生电弧，如图 4 所示。在这种情况下，移动电阻器 R1不会保护分流器。此处的解决方案是旋转分流器，使阳极（地）成为离隔离间隙另一侧走线最近的节点。

图 4：布局很重要。红线代表电弧。

为了提供额外的保护，我们可以添加一个有意的火花隙，以导致 ESD 事件从一侧的接地到另一侧的接地产生电弧。火花隙将需要大幅降低击穿，以确保电弧不会选择另一个交叉位置。从图 5 可以清楚地看出，跨越火花隙的电弧不会对组件造成压力。 

图 5：火花间隙保护元件；红线代表电弧

如我们所见，简单的更改可以大大提高 ESD 性能 - 正如所承诺的，这些更改是免费的。我们可以将本博客中讨论的反馈安全电路应用于所有共阳极可调并联稳压器，包括 TI 的ATL431 / 2、TL431 / 2和TLVH431。