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隔离式3.3V转5V转换器的分立设计

作者:时间:2012-10-17来源:网络收藏

通常用于远距离数据传输网络,这种网络中总线节点控制器由一个电源工作以节省电量,而总线电压为,以保证在远距离传输过程中的信号完整性并提供高驱动能力。尽管市场上已经有了转换的DC/DC组件,但集成的3.3V到5V仍然很难找到。即使找到,这些特定的(特别是那些具有稳定输出的)通常都有较长的产品交付时间、价格相对昂贵并且一般都有一定的隔离电压限制。

  图1所示的分立DC/DC转换器设计仅使用了一些现有的标准组件(例如:逻辑IC和MOSFET等),服务于变压器驱动器,以及一个用于稳定输出电压的LDO.该电路使用许多通孔组件制成样机,从而使其比集成组件的体积要大,但是由于使用TI的Little Logic器件,板空间得到了极大缩减。

  这种设计的主要好处是较少的材料清单(BOM),以及为1到6kV范围隔离电压选择隔离变压器的自由度。我们的目标是:通过使变压器驱动器级为稳定输出全集成DC/DC转换器和独立变压器驱动器提供一款低成本的替代方案。

  

隔离式3.3V到5V推拉式转换器

  图1:3.3V到5V推拉式转换器

  工作原理

  低成本、隔离式DC/DC转换器一般为推挽式驱动器类型。工作原理非常简单。带推挽输出级的方波振荡器驱动一个中心抽头变压器,其输出经过整流,可以稳定或非稳定DC形式使用。一个重要的功能性要求是方波必须具有50%占空比,以确保变压器铁心对称磁化。另一个要求是磁化电压(E)和磁化时间(T)的乘积(称作ET乘积,单位为Vμs),不得超出由其厂商规定的变压器典型ET乘积。我们还必须紧挨振荡器安装使用先断后通电路,以防止推挽输出级的两个变压器铁芯柱同时导电从而引起电路故障。

  

  着名的三反相门振荡器由 U1a、U2a 和 U2b 组成,选择它是因为它在供电波动方面较为稳定。通过一个100-pF陶瓷电容器(COSC)和两个10-kΩ电阻器(ROSC1和ROSC2),它的正常频率被设定为330kHz.在3.0-V到3.6-V电源电压波动范围内,振荡器拥有接近50%的占空比,以及低于±1.5%的最大频率波动。图2显示了ROSC1和ROSC2(TP1) 相加点和振荡器输出(TP2)处的波形。所有电压均为参考电路基准电压测得。

  

TP1和TP2的振荡器波形

  图2:TP1和TP2的振荡器波形

  施密特触发电路NAND栅极(U1c、U1d)实现先断后通功能,以避免MOSFET导通阶段交叠。其他两个NAND门(U2c,U2d)配置为反相缓冲器,从而产生驱动N通道MOSFET(Q1、Q2)必需的正确信号极性。图3显示了完整的先断后通动作。为了适应标准逻辑门的有限驱动能力,我们选择了MOSFET,因为其较低的总电荷和较短的响应时间。


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关键词: 隔离式 3.3V 5V 转换器 分立设计
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