纖巧型控制器簡化大電容器充電

引言

應(yīng)急警示信標、庫存控制掃描儀、專業(yè)照相閃光燈和許多其他系統(tǒng)都是通過向換能器輸送一個能量脈沖來工作的。該能量通常來自于一個已被充電至某預(yù)定電壓的大電容器。

LT3750是一款電流模式反激型控制器，專為把大容量電容器充電至一個用戶選定的目標電壓而優(yōu)化。該目標電壓由反激變壓器的匝數(shù)比和一個簡單的低電壓網(wǎng)絡(luò)中區(qū)區(qū)兩個電阻器來設(shè)定，因而無需把元件連接至高電壓輸出端。充電電流由一個外部檢測電阻器來設(shè)定，并進行逐周期監(jiān)視。LT3750采用節(jié)省空間的MSOP-10封裝。該器件與各種控制電路兼容，并備有一個簡單的接口(包括一個CHARGE命令輸入位和一個漏極開路DONE狀態(tài)標志)。這兩個信號均與大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)兼容，并可耐受高達24V的電壓。

簡單的300V、400μF充電器

圖1給出了LT3750電路的示意圖該電路可把一個400μF電容器充電至一個300V的目標電壓。1：10的T1匝數(shù)比和R1、R2電阻器將目標電壓設(shè)定為300V，而R4功率電阻器則把峰值充電主級電流設(shè)定為7．5A。該電路從一個12V電源獲得工作電壓，可在1．04秒的時間里把400pF電容器充電至300V，如圖2所示。

設(shè)計考慮

該架構(gòu)很好地兼顧了高集成度和靈活性，而把關(guān)鍵參數(shù)留給用戶來規(guī)定。在完成一項設(shè)計的過程中，應(yīng)予以考慮的重要問題是輸入電容器的大小、變壓器的結(jié)構(gòu)和輸出二極管的選擇。

功率級輸入電容器

在每個開關(guān)周期中，LT3750將測量其RV_OUT引腳上的電壓，以確定變壓器T1的反激電壓。它還測量其V_TRANS腳上的信號，這是功率轉(zhuǎn)換級輸入端上的電壓。這兩個信號的電壓差(用于補償T1變壓器匝數(shù)比和D1整流二極管)將產(chǎn)生輸出電壓。為了獲得一個準確的結(jié)果，LT3750的V_TRANS輸入端上的信號應(yīng)最佳地反映功率級輸入的DC電位，這一點很重要。因此，必須適當?shù)剡x擇功率轉(zhuǎn)換級輸入端上的電容，以使V_TRANS輸入端上的紋波電壓不致過大。圖1所示電路中的電容器組實際上由5個電容器構(gòu)成。引是一個用于提供大部分能量的150F電解電容器，C2是3個用于提供高開關(guān)電流的低ESR22F陶瓷電容器，而C3是用于提供至LT3750的本機去耦的低ESR 10F陶瓷電容器。為了獲得最佳的效果，應(yīng)把C1和C2放置在盡可能靠近T1的地方，而將C3布設(shè)在盡可能靠近LT3750上的V_TRANS引腳的地方。

變壓器

除了匝數(shù)比之外，在選擇變壓器還需要牢記兩個問題。首先：變壓器次級的構(gòu)造必須能夠承受與電容器充電操作有關(guān)的正電壓和負電壓的電位。該耐壓不同于額定隔離電壓。在采用圖1所示電路的場合，沒有隔離電壓要求，因為T1的主級和次級被連接巨同一個接地參考點。然而，次級繞組將承受輸出電位(或300V)，在選擇與如此高的電壓相關(guān)的參數(shù)(例如：引腳間距和導(dǎo)線絕緣)時必須謹慎。

另一個需要謹記的變壓器參數(shù)是主級電感。主級電感決定了工作頻率范圍、輸入電流紋波和磁芯損耗，所有這些都會影響到電容器的充電時間和效率。圖2所示的充電曲線針對的是一個采用主級電感為10H的變壓器的電路。圖3示出了同一個電路的充電曲線，不過此時主級電感大多了(51H)。請注意，51H變壓器的充電時間比10H變壓器的長。

表1歸納了采用3種不同T1主級電感時LT3750電路的輸入充電電流和充電時間，其中，15H器件給出了最佳的結(jié)果。

輸出二極管

最后，在選擇輸出整流二極管時需考慮高AC電壓，這一點很重要。圖1所示電路具有一個300V輸出，但是，當MOSFETQI導(dǎo)通時，輸出整流二極管必須承受的電壓＝輸出電壓+變壓器次級兩端的電壓。在該場合中，這兩個電壓的和約為500V。這是一個很高的電壓，不過，有許多制造商都生產(chǎn)出了適合該應(yīng)用的開關(guān)二極管。

雖然實現(xiàn)板級空間的最小化是很重要的，然而，設(shè)計師必須選擇一個不會導(dǎo)致違反旨在保證安全性和可生產(chǎn)性的間隔要求的器件。根據(jù)1998年2月發(fā)表的IPC-2221《有關(guān)印刷電路板設(shè)計的通用標準(Generic Standard on Printed Circuit Board Design)》中的表6—1“電導(dǎo)體間隔”，在工作環(huán)境低于海拔3050米的未涂覆印刷電路板上，具有高達500V電位的導(dǎo)體之間的最小間隔一定不得小于2．5mm。必須選擇合適的輸出二極管，以確保二極管襯墊之間的最小間隔至少為2．5mm。

圖1 所示電路采用了一個MURS160，諸如Diodes Inc和Vishay等多家制造商都可提供該產(chǎn)品。它是一款超快速恢復(fù)整流器，并具有一個600V的額定峰值重復(fù)反向電壓。該工極管采用SMB封裝，從而可使襯墊之間的邊緣至邊緣間隔高達3mm。