面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器，包括变压器，所述变压器一侧为非隔离侧电路，所述变压器另一侧为隔离侧电路；所述非隔离侧电路为半桥驱动电路，所述半桥驱动电路与所述变压器的初级侧连接；所述非隔离侧电路连接GND接地端；所述非隔离侧电路包括倍压器，所述倍压器连接输出电容和输出插头；所述输出电容连接ISOGND接地端，所述倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成；所述两个电容均充电至变压器次级绕组电压峰值，通过输出电容增加至次级绕组电压值两倍的电压。本发明专利技术可在零下40摄氏度至正85摄氏度的温度下工作，输入电压范围为3V 至5.2V，输出电流高达10mA。

【技术实现步骤摘要】
面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器
本专利技术涉及DC/DC转换器
，具体涉及一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器。
技术介绍
低功耗隔离式DC/DC转换器目前已在各种应用中使用，例如工厂自动化、过程控制、建筑自动化和便携式仪器。DC/DC是开关电源芯片。开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器。其主要目的之一是避免信号调节和数据传输应用中的接地回路。本专利技术还可用于变压器具备良好性隔离性能的情况。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器，包括变压器，所述变压器一侧为非隔离侧电路，所述变压器另一侧为隔离侧电路；所述非隔离侧电路为半桥驱动电路，所述半桥驱动电路与所述变压器的初级侧连接；所述非隔离侧电路连接GND接地端；所述非隔离侧电路包括倍压器，所述倍压器连接输出电容和输出插头；所述输出电容连接ISOGND接地端，所述倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成；所述两个电容均充电至变压器次级绕组电压峰值，通过输出电容增加至次级绕组电压值两倍的电压。更进一步的技术方案是所述非隔离侧电路采用在变压器铁心的磁滞曲线两个方向上都具有50%固定占空比的开环控制方法来驱动变压器的初级侧。更进一步的技术方案是所述变压器在初级侧和次级侧均配有两个独立绕组；每侧的两个独立绕组均是串联连接方式。更进一步的技术方案是所述肖特基二极管为型号为RB520S30肖特基二极管。更进一步的技术方案是所述半桥驱动电路包括TPS60400系列驱动器，所述TPS60400系列驱动器与所述变压器连接。更进一步的技术方案是所述TPS60400系列驱动器包括型号为TPS60402驱动器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可在零下40摄氏度至正85摄氏度的温度下工作，输入电压范围为3V至5.2V，输出电流高达10mA。独立于负载的低开关频率60kHz允许将本专利技术用于噪声敏感型应用，并且能够保持较低的开关损耗。低开关频率同时也有助于在较低功耗下实现独特的高效率。此外，借助电路二次侧的肖特基二极管，可在15mW至50mW输出功率的5V输入操作中提供85%的效率，以及在3mW至20mW功率的3.3V操作中提供超过80%的效率。隔离式DC/DC转换器采用开环控制方法，简化了设计且无需使用光耦合器。附图说明图1为本专利技术一个实施例电路原理图。图2为本专利技术一个实施例的具体实施电路图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。如图1所示，图1示出了本专利技术一个实施例面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器的电路原理图，该转化器使用5V输入时效率最高达86%，使用3.3V输入时效率最高达82%，开环、无光耦合器式设计，适合3.0V到5.2V输入以及高达10mA的输出电流，同步输出和固定开关频率，允许在噪声敏感型应用中使用，灵活的可配置电路板可轻松实现评估和修改。具体的，该转换器适合在−40°C、+25°C和+85°C温度下工作，输入电压范围为3V至5.2V，输出电流高达10mA。独立于负载的低开关频率60kHz允许将本设计用于噪声敏感型应用，并且能够保持较低的开关损耗。低开关频率同时也有助于在较低功耗下实现独特的高效率。此外，借助电路二次侧的肖特基二极管，可在15mW至50mW输出功率的5V输入操作中提供85%的效率，以及在3mW至20mW功率的3.3V操作中提供超过80%的效率。隔离式DC/DC转换器采用开环控制方法，简化了设计且无需使用光耦合器。单面安装印刷电路板(PCB)方便设计评估。经过优化的插头和跳线为修改电路板并使其适应各种应用需求提供了一种简单方法。本实施例面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器的主要目的之一是避免信号调节和数据传输应用中的接地回路。本参考设计还可用于变压器具备良好性隔离性能的情况。本设计的其它用法可能需要使用修改过的变压器，以满足更为严格的隔离要求。具体的，本实施例面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器包括变压器，所述变压器一侧为非隔离侧电路，所述变压器另一侧为隔离侧电路；所述非隔离侧电路为半桥驱动电路，所述半桥驱动电路与所述变压器的初级侧连接；所述非隔离侧电路连接GND接地端；所述非隔离侧电路包括倍压器，所述倍压器连接输出电容和输出插头；所述输出电容连接ISOGND接地端，所述倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成；所述两个电容均充电至变压器次级绕组电压峰值，通过输出电容增加至次级绕组电压值两倍的电压。此外，隔离侧的输出插头提供专用引脚(FSW)。开关频率可用于在该专用引脚上进行测试，或将其他系统部件同步到半桥的固定开关频率。为了最好地利用变压器并实现高效率，本实施例使用了在变压器铁心的磁滞曲线两个方向上都具有50%固定占空比的开环控制方法来驱动变压器的初级侧。这种开环控制方法可确保隔离式DC/DC转换器始终以最优工作状态运行，即变压器初级侧到次级侧的能量传输在整个开关频率下持续进行。其结果是，完整设计的输出电压取决于输入电压与变压器绕组匝数比。初级绕组的另一端由半桥驱动器内的集成半桥级进行驱动。专用电容C2可阻隔初级绕组的任何直流电压，否则会导致变压器磁芯发生磁通泄漏和饱和。变压器T是该设计的主要无源组件，可实现初级侧（非隔离侧）和次级侧（隔离侧）之间的隔离。变压器的构造决定了隔离类别，本实施例中采用功能性隔离。本实施例在隔离侧使用倍压器，因为在半桥拓扑中，施加在变压器初级绕组上的电压仅为VIN/2。使用倍压器也可通过采用最小匝数来简化变送压器设计。倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成。这两个电容均充电至次级绕组电压峰值，然后通过输出电容COUT增加至相当于次级绕组电压值两倍的电压。由两个肖特基二极管引起的电压损耗由变压器绕组的匝数比补偿。在本实施例中，开环隔离式DC/DC转换器意味着，无需任何控制回路，便将已知且稳定的直流输入电压转换为隔离式直流输出电压。开环转换器使用固定占空比操作其功率级，通常为50%。因此，在整个开关周期内，从初级侧至次级侧存在或多或少的连续功率转移，特别是使用双端电源拓扑补充开环控制时。该方法可优化功率级设计，并提供最高效的初级侧至次级侧功率转移。此外，这还有助于减少输入纹波电流，从而减少电磁干扰(EMI)。由于开环转换器通常由恒定输入电压开闭，因此其EMI信号仅随其负载条件变化，而不取决于系统可变输入电压的变化。由于没有控制回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器，其特征在于：包括变压器，所述变压器一侧为非隔离侧电路，所述变压器另一侧为隔离侧电路；所述非隔离侧电路为半桥驱动电路，所述半桥驱动电路与所述变压器的初级侧连接；所述非隔离侧电路连接GND接地端；所述非隔离侧电路包括倍压器，所述倍压器连接输出电容和输出插头；所述输出电容连接ISOGND接地端，所述倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成；所述两个电容均充电至变压器次级绕组电压峰值，通过输出电容增加至次级绕组电压值两倍的电压。

【技术特征摘要】
1.一种面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器，其特征在于：包括变压器，所述变压器一侧为非隔离侧电路，所述变压器另一侧为隔离侧电路；所述非隔离侧电路为半桥驱动电路，所述半桥驱动电路与所述变压器的初级侧连接；所述非隔离侧电路连接GND接地端；所述非隔离侧电路包括倍压器，所述倍压器连接输出电容和输出插头；所述输出电容连接ISOGND接地端，所述倍压器由两个肖特基二极管和两个电容组成；所述两个电容均充电至变压器次级绕组电压峰值，通过输出电容增加至次级绕组电压值两倍的电压。2.根据权利要求1所述的面向超低功耗和低功耗应用的隔离式DC/DC转换器，其特征在于所述的非隔离侧电路采用在变压器铁心的磁滞曲线两个方向上都具有50%固定占空比的开环控制方法来驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，
申请(专利权)人：徐州新隆全电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32