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[导读]电源系统设计工程师经常问我,您如何提供双极(正负)电压轨,同时将成本和复杂性降至最低?同时,应该如何应对各种挑战——从电流隔离和广泛的输入电压到小型解决方案尺寸和电磁兼容性 (EMC)?例如,考虑工业通信应用中的楼宇和工厂自动化、测试和测量设备以及隔离式 RS-485 和 CAN 收发器。

电源系统设计工程师经常问我,您如何提供双极(正负)电压轨,同时将成本和复杂性降至最低?同时,应该如何应对各种挑战——从电流隔离和广泛的输入电压到小型解决方案尺寸和电磁兼容性 (EMC)?例如,考虑工业通信应用中的楼宇和工厂自动化、测试和测量设备以及隔离式 RS-485 和 CAN 收发器。

Fly-buck电源转换器

依靠 Fly-Buck™ 拓扑来实现低电流辅助和偏置轨,尤其是在需要隔离和非隔离输出的情况下。图1和图 2 所示为基于 100V LM5017稳压器的 Fly-Buck 转换器原理图。


使用宽输入电压 Fly-Buck 转换器为双极轨供电

图 1:提供非隔离±12V 电源轨的 Fly-Buck 转换器


使用宽输入电压 Fly-Buck 转换器为双极轨供电

图 2:提供隔离±12V 电源轨的 Fly-Buck 转换器

图 1 中的电路基于降压-升压拓扑和单位匝数比耦合电感器提供非隔离式 ±12V 电压轨。反馈回路调节 V OUT+和 V OUT–的网络以实现对称启动行为。相反,图 2 中的电路提供隔离的 ±12V 电压轨,满足降低噪声、断开接地回路或提供用户安全的需求。初级侧辅助轨向 LM5017 VCC 输入发送偏置电源,以最大限度地减少高 V IN下的静态损耗。分轨次级的双线绕组平衡绕组参数(例如直流电阻和漏感),以实现更好的负载调节。

为精密模拟应用供电

非常适合为低噪声和信号完整性为关键的高性能模拟应用供电(例如,PLL、VCO、双极运算放大器、A/D 转换器),图 3详细介绍了具有后稳压 ±12V 电压轨的 Fly-buck 转换器。这里,次级侧从输出来自正输出和负输出 LDO 后置稳压器。两种 LDO 都提供高电压和负载的直流精度,以及在 PSRR 和频谱噪声密度方面的出色交流性能。本例中的 Fly-Buck 转换器以 300kHz 运行,LDO 的宽带宽 PSRR 可衰减输出的开关模式纹波和噪声。


使用宽输入电压 Fly-Buck 转换器为双极轨供电

图 3:为精密模拟应用提供后调节 ±12V 电压轨的Fly-Buck 转换器

事实上,许多 LDO 控制和保护功能补充了 Fly-Buck 的系统级性能。这方面的示例包括次级参考开/关、可编程软启动以及电流限制和热关断保护功能。此外,由于 Fly-Buck 的隔离输出电压取决于选定的变压器匝数比,因此后调节提供了一种将输出微调到目标电压设定点的简单方法。

LM5017 是一款 100V、600mA 同步降压稳压器,集成了高侧和低侧 MOSFET。LM5017 所采用的恒定导通时间 (COT) 控制方案无需环路补偿,可提供出色的瞬态响应,并且可实现超高降压比。导通时间与输入电压成反比,因此在整个输入电压范围内,频率几乎保持恒定。高压启动稳压器为 IC 的内部运行以及集成栅极驱动器提供了偏置电源。

峰值电流限制电路可防止出现过载情况。欠压锁定 (UVLO) 电路支持对输入欠压阈值和迟滞进行单独编程。其他的保护特性包括:热关断和偏置电源欠压锁定 (VCC UVLO)。

LM5017 器件采用 WSON-8 和 HSOP PowerPAD-8 塑料封装。

Fly-Buck 解决方案的多功能性

所有电源工程师都应该对 Fly-Buck 电路有很好的了解。考虑到这一点,我最近在Power Electronics Technology中撰写了一篇文章“后稳压 Fly-Buck 为噪声敏感负载供电”,该文章深入探讨了为高精度运算放大器和数据转换器供电的低噪声解决方案。总之,Fly-Buck 拓扑提供了一个内聚的特性集来满足各种电源解决方案的需求:

· 基于可靠同步降压或降压-升压转换器的设计

· 取决于输入电压和输出电流规格的多个基于稳压器或控制器的 IC 解决方案

· 久经考验的恒定导通时间控制技术,具有出色的瞬态动态特性

· 简单的 BOM,无环路补偿或反馈光耦合器组件

· 适合空间受限设计的小尺寸磁性元件

· 变压器漏感没有初级侧电压尖峰。


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