Home
Accesso / Registrazione
 di 

LT3574 il convertitore Flyback a bassa alimentazione elimina l'optocoupler

LT3574 il convertitore Flyback a bassa alimentazione elimina l'outcoupler

La Linear Technology recentemente ha rilasciato l’ LT3574, convertitore isolato flyback monolitico che risolve molte difficoltà di design. I convertitori Flyback sono ampiamente usati in applicazioni DC / DC isolate, ma non sono necessariamente la prima scelta di un designer.

Le uscite isolate sono necessarie per una vasta gamma di convertitori ed applicazioni DC/DC e non solo la telecom e datacom hanno richiesto 48V di isolamento. L'isolamento può essere necessario per i dispositivi sensibili al rumore a terra dopo essere stati separati da una tensione di ingresso rumoroso, come una batteria per auto, bus e input intermedi industriali. Consente di visualizzare, controllori a logica programmabile, sistemi GPS ed alcuni dispositivi di controllo medico possono essere influenzati negativamente da una tensione di bus rumoroso.

I convertitori Flyback sono ampiamente usati in applicazioni DC / DC isolate, ma non sono necessariamente la prima scelta di un designer. I progettisti di alimentazione a malincuore decidono di usare un flyback in casi isolati, non perché siano più facili da progettare. Un convertitore flyback richiede una notevole quantità di tempo dedicata alla progettazione del trasformatore, un compito complicato ulteriormente dalla selezione di norma limitata di trasformatori off-the-shelf e l'eventuale necessità di un trasformatore personalizzato.

Inoltre il convertitore flyback ha problemi di stabilità a causa della ben nota right-half-plane zero nel loop di controllo che viene ulteriormente complicata dal ritardo di propagazione, l'invecchiamento e la variazione di un optocoupler. La Linear Technology recentemente ha rilasciato l’ LT3574, convertitore isolato flyback monolitico risolve molte di queste difficoltà di design.

LT3574, il convertitore flyback della Linear

Prima di tutto, l’ LT3574 elimina la necessità di un optocoupler, MOSFET esterno, voltaggio di riferimento secondario sul lato di tensione ed un terzo trasformatore di alimentazione, il tutto mantenendo l'isolamento tra primario e secondario con una parte sola che attraversa la barriera d'isolamento. L'LT3574 ha un 0.65A di on-chip, un interruttore di alimentazione 60V NPN, in grado di fornire fino a 3W di potenza di uscita da una tensione di ingresso che va da 3V a 40V e si avvale di un lato primario di rilevamento che è in grado di rilevare la tensione di uscita attraverso il trasformatore principale sul lato della forma d'onda di commutazione.

Durante il periodo di switch off, il diodo di uscita fornisce la corrente in uscita, e la tensione di uscita è riflessa sul primario del lato del trasformatore di riga. La grandezza della tensione di nodo è la somma della tensione di ingresso e tensione di uscita riflessa, che l'LT3574 è in grado di ricostruire. Questa tecnica di tensione in uscita di feedback sfocia in un ± 5% complessivo nel regolamento di ingresso nell’intera tensione di linea, intervallo di temperatura e in un range di carico del 2% al 100%. La Figura 1 mostra uno schema di un convertitore flyback utilizzando l’ LT3574.

Convertitore Flyback con side primari in uscita Voltage Sensing
Figura 1 - Convertitore Flyback con side primari in uscita Voltage Sensing

L’ utilizzo dell’LT3574 di modalità di funzionamento semplifica ulteriormente la progettazione di sistema, riduce la dimensione del convertitore e migliora la regolazione del carico. Un convertitore flyback LT3574 attiva il suo interruttore interno subito dopo che la corrente secondaria si riduce a zero e si spegne quando l'interruttore raggiunge il limite pre-definito di corrente. Così funziona sempre al passaggio di modalità di conduzione continua (CCM) e il modo discontinuo (DCM), comunemente indicato come modalità di contorno o modalità di conduzione critica. Altre caratteristiche includono soft-start programmabile, limite di corrente regolabile, blocco di minima tensione e compensazione di temperatura. Il trasformatore trasforma il rapporto e i 2 resistori esterni legati ai pin RFB ed i Rrif impostano la tensione di uscita. Infine, l'LT3574 è disponibile nel package MSOP-16.

Primary-Side tensione di uscita di rilevamento

La Tensione di uscita per il rilevamento di un convertitore isolato normalmente richiede un optocoupler e tensione secondaria di riferimento laterale. Un optocoupler trasmette il segnale di tensione in uscita feedback attraverso il link ottico, pur mantenendo la barriera di isolamento. Tuttavia, un optocoupler favorisce cambiamenti con la temperatura e l'invecchiamento, degradando la sua accuratezza.

Gli optocoupler comportano un ritardo di propagazione, con una conseguente risposta più lenta transitoria che può essere non lineare da unità a unità, che può causare anche un progetto e mostrare caratteristiche differenti da circuito a circuito. Un progetto flyback impiegando un trasformatore ad avvolgimento aggiuntivo per il feedback di tensione può essere utilizzato anche per chiudere l'anello di retroazione, invece di un optocoupler. Tuttavia, questo trasformatore ad avvolgimento aggiuntivo può aumentare le dimensioni del trasformatore e dei costi.

L'LT3574 elimina la necessità di un optocoupler o un trasformatore ad avvolgimento aggiuntivo percependo la tensione in uscita sul lato primario del trasformatore. La tensione in uscita viene accuratamente misurata e così la forma d'onda nodo primary-side di commutazione durante il tempo libero dei transistor di potenza, come mostrato in figura 2, dove N è il rapporto del trasformatore, VIN è la tensione d’ ingresso e VC è la massima tensione bloccata .

 Tipica forma d’onda di uno  Switch di Nodo

Figura 2 – Tipica forma d’onda di uno Switch di Nodo

La Modalità di funzionamento Boundary Riduce la grandezza del Convertitore & Migliora la Regolazione

La modalità di controllo Boundary è una modalità di frequenza variabile dell’attuale schema di switching. Quando l'interruttore di alimentazione interna si accende, il trasformatore di corrente aumenta fino a quando raggiunge il suo limite di corrente impostata. La tensione sul pin SW aumenta fino a raggiungere la tensione in uscita ripartita dal trasformatore secondario-primario più la tensione di ingresso. Quando la corrente secondaria attraverso il diodo raggiunge lo zero, la tensione del pin SW scende al di sotto del VIN. Il comparatore interno DCM rileva questo evento ed attiva l'interruttore sul retro, ripetendo così il ciclo.

La Modalità Boundary restituisce la corrente secondaria a zero al termine di ogni ciclo, causando la caduta di tensione resistiva parassita non causando errori di regolazione di carico. Inoltre, l'interruttore flyback primario è sempre acceso a corrente zero e il diodo di uscita non ha alcuna perdita di inversione di recupero. Questa riduzione della perdita di potenza permette al convertitore flyback di funzionare ad una frequenza relativamente elevata di commutazione, che a sua volta riduce la dimensione del trasformatore rispetto a progetti alternativi di frequenza più bassa. La Figura 3 mostra la tensione SW e la corrente nel diodo di uscita.

Forme d'onda di un convertitore Flyback in modalità Boundary

Figura 3 - Forme d'onda di un convertitore Flyback in modalità Boundary

La regolazione del carico è molto migliorata nella modalità boundary perché la tensione di uscita si riflette sempre sui campioni di diodo current zero-crossing. L'LT3574 fornisce tipicamente una regolazione del carico ± 3%.

Scelta del trasformatore e Considerazioni sulla progettazione

Le specifiche del trasformatore e il design è forse la parte più critica di successo applicata all’ LT3574. Linear Technology ha lavorato con i principali produttori di componenti magnetici per la produzione di trasformatori flyback pre-progettati e un elenco completo è riportato nella scheda tecnica LT3574. La tabella 1 mostra un breve elenco di trasformatori off-the-shelf raccomandati da Wurth Electronik, Pulse Ingegneria e BH Elettronica. Questi trasformatori normalmente sopportano una tensione di rottura di 1500VAC per un minuto da primario a secondario. Si possono utilizzare anche tensione di ripartizione superiore e trasformatori personalizzati.

Tabella_LT3574_Off-the-Shelf
Tabella 1 – Trasformatori LT3574 Off-the-Shelf

Linear Technology offre un software gratuito di simulazione chiamato LTspice che può essere scaricato dal sito Linear. L'LT3574 può essere modellato utilizzando uno qualsiasi dei trasformatori di cui alla tabella 1 che riproduce simulazioni molto realistiche per contribuire a facilitare la progettazione dei convertitori di questo tipo. Il circuito di simulazione include informazioni su come il circuito si avvia, la sua reazione a carico per varie tensioni di ingresso e mostra i flussi di corrente nella modalità comune in condizioni variabili. E 'facile apportare modifiche alla struttura e vedere l'impatto che questa ha sulle prestazioni del circuito.

Rapporto del trasformatore

Utilizzando un rapporto di resistenza RFB-RREF per regolare la tensione di uscita, l'utente dispone di una relativa libertà nella scelta di un trasformatore adatto ad ogni applicazione. In genere, il rapporto di trasformatore è stato selezionato per massimizzare la potenza disponibile in uscita. Per tensioni di uscita bassa (3,3 V o 5V), un rapporto N: 1 può essere utilizzato con più avvolgimenti primari relativi alla secondaria per massimizzare il guadagno di corrente del trasformatore e la potenza di uscita. Tuttavia, il pin SW vede una tensione che è pari alla tensione massima di alimentazione in ingresso più la tensione in uscita moltiplicata per il rapporto spire. Questa tensione deve rimanere al di sotto del rating ABS MAX del pin SW per impedire guasti all'interruttore di alimentazione interna. L'insieme di queste condizioni pone un limite superiore per il rapporto giri (N) per una data applicazione e deve soddisfare la seguente equazione:

rapporto_trasformatore formula

Dove VF è la caduta di tensione di uscita del diodo e Vout è la tensione di uscita.

Per valori maggiori N: 1, un trasformatore con una maggiore dimensione fisica è necessaria per fornire corrente supplementare e fornire una induttanza abbastanza grande da garantire che l’ off-time sia abbastanza lungo per misurare con precisione la tensione di uscita.

Per livelli di output di potenza inferiore, 1:1 o 1: N il trasformatore può essere di dimensioni inferiori. Un trasformatore 1: N ridurrà al minimo la dimensione del trasformatore e l'induttanza di magnetizzazione, ma limiterà anche la potenza disponibile in uscita. Un rapporto più alto spire1: N permette di avere tensioni di uscita elevate, senza superare la tensione di ripartizione del interruttore di alimentazione interna.

Induttanza di dispersione del trasformatore

L'induttanza di dispersione del trasformatore sia sul lato primario o secondario provoca un picco di tensione a partire dal primario non appena l'interruttore di alimentazione si spegne. Questo picco è maggiore a correnti di carico superiori dove più energia accumulata deve essere dissipata. L'induttanza di dispersione può essere ridotta al minimo dal coupling tra gli avvolgimenti del trasformatore e si misura con la lettura dell'induttanza di una spira con gli altri avvolgimenti in corto.

Un semplice RCD (resistore, condensatore e diodo) circuito di clamp mostrato qui sotto in figura 4 impedisce al picco di induttanza di dispersione di superare la tensione di rottura del dispositivo di alimentazione. Questo circuito è incluso in tutte le applicazioni LT3574 ed i diodi Schottky sono in genere la scelta migliore da utilizzare nello snubber a causa del loro veloce tempo di accensione.

Circuito_Clamp_RCD

Figura 4 - Circuito Clamp RCD

Circuito Dimostrativo

Una scheda di dimostrazione utilizzando l'LT3574 è mostrata in Figura 5. Questo circuito accetta una tensione di ingresso che va da 10V a 30V e produce un’uscita isolata di 5V fino a 0,5A.

scheda_LT3574

Figura 5 - LT3574 Foto di Circuito di Applicazione (Dimensioni: 31mm x 15mm x 6,5 millimetri)

LT3574 il convertitore Flyback a bassa alimentazione elimina l'outcoupler - Conclusione

Un circuito a base LT3574 semplifica notevolmente la progettazione di un convertitore DC/DC flyback isolato, eliminando la necessità di un optocoupler, MOSFET esterno, riferimento secondario sul lato di tensione e terza spira off-power del trasformatore di alimentazione. Mantiene un isolamento da primario a secondario con una sola parte che attraversa la barriera di isolamento. L'LT3574 funziona a partire da una tensione di ingresso 3V a 40V e ha la capacità di trasportare fino a 3 watt di potenza continua in uscita che lo rende adatto per una vasta gamma di applicazioni. I trasformatori prontamente disponibili off-the-shelf prevengono la necessità di un trasformatore personalizzato. I convertitori isolati sono necessari per una vasta gamma di applicazioni e non solo per Telecom. L'isolamento dalle tensioni del bus è necessario per le applicazioni sensibili al rumore, come i sistemi GPS, display, controllori a logica programmabile e dispositivi di controllo medico.

 

 

Scrivi un commento all'articolo esprimendo la tua opinione sul tema, chiedendo eventuali spiegazioni e/o approfondimenti e contribuendo allo sviluppo dell'argomento proposto. Verranno accettati solo commenti a tema con l'argomento dell'articolo stesso. Commenti NON a tema dovranno essere necessariamente inseriti nel Forum creando un "nuovo argomento di discussione". Per commentare devi accedere al Blog

 

 

Login   
 Twitter Facebook LinkedIn Youtube Google RSS

Chi è online

Ci sono attualmente 28 utenti e 124 visitatori collegati.

Ultimi Commenti