一款小型、简单易用的隔离型反激式转换器设计

引言

曾经需要一个简单的低功率隔离式内务处理电源、又不想购买现成有售的砖型电源或模块吗？制作或采购决策取决于许多因素，但是简单性、解决方案尺寸、成本和性能对于走哪一条路具有重大影响。

实现与噪声源电压的接地分离是需要使用一个隔离式电源的原因之一。仅以医学检查照相机、牙科器械、睡眠和生命体征监测仪等为例，它们均采用了显示器，而这些显示器会受到噪声源电压的不利影响。隔离型电源可提供接地分离，因而能够消除引起显示器异常的噪声。

由于具有多个用于实现各种不同功能的PC电路板，因此较大的医疗系统 (例如：CT 扫描、血气电解质分析仪和某些超声波系统) 通常采用一种分布式电源架构，并且一般向整个系统分配 24V 或 48V 总线电压。为了提高可靠性并出于安全原因，大多数分布式电源架构都需要对总线到子系统的工作电压进行隔离式 DC/DC 转换，因为此类总线电压能提供很大的电流。

反激式转换器在隔离式 DC/DC 应用中得到了广泛的使用。电源设计人员之所以勉强选择反激式转换器，是因为需要满足低功率隔离要求，而并非因为这类转换器易于设计！由于控制环路中众所周知的右半平面零之原因，反激式转换器存在稳定性问题，而且由于必须驱动一个用于输出电压反馈的光耦合器还会使该问题进一步复杂化。此外，反激式转换器需要专门花费大量的时间进行变压器的设计，而市售变压器的选择范围往往有限，很有可能需要定制变压器，这就导致事情变得更加复杂了。最近在电源转换器技术领域取得的进步已经使更低功率的隔离式转换器更容易设计。凌力尔特公司推出的 LT8300 隔离型反激式转换器就解决了许多此类的反激式设计问题。

简单的反激式 IC 设计

LT8300 免除了增设光耦合器、副端基准电压和电源变压器附加第三绕组的需要，同时仅用一个电源变压器就能保持主端与副端的隔离，而这个电源变压器必须横跨隔离势垒。LT8300 运用了一种主端检测方案，该方案能通过反激式变压器主端开关节点波形来检测输出电压。在开关断开期间，输出二极管负责向输出端提供电流，而输出电压被反射至反激式变压器的主端。开关节点电压的数值是输入电压与反射输出电压之和 (LT8300 能够重构和调节)。图 1 示出了采用 LT8300 和仅 7 个外部组件的反激式转换器的原理图。

图1 具主端输出电压检测功能的 LT8300 反激式转换器

LT8300 采用小型 5 引脚 SOT-23 封装，可接受 5V 至 100V 的输入电压，这无需串联降压电阻器就可直接加到该 IC 上。由于具备高电压内置 LDO，而且 SOT-23 封装上的 VIN 和 SW 引脚具固有的额外间距，所以该器件能采用高输入电压可靠地运作。此外，其内置的 260mA、150V 内部 DMOS 电源开关允许该器件提供高达 2W 的输出功率。

主端输出电压检测

通过检测变压器主端上的输出电压，LT8300 无需增设光耦合器或额外的变压器绕组。当功率晶体管关断时，在主端开关节点 (SW 引脚) 波形上可准确地测量输出电压，如图 2 所示，其中 N 为变压器的匝数比，VIN 是输入电压，VC 为最高箝位电压。

图2 典型的开关节点波形

以边界模式运作时，负载调节性能优异，因为反射的输出电压始终在二极管电流过零时采样。LT8300 通常可提供优于 ±2% 的负载调节，如图 3 所示。

图3 图1所示原理图的负载和电压调节曲线

变压器选择和设计考虑因素

变压器规格和设计很可能是成功应用 LT8300 最关键的部分。凌力尔特一直与领先的磁性元件制造商合作，以生产可与 LT8300 一起使用的预设计反激式变压器，这些变压器来自 Wurth Electronik、Pulse Engineering 和 BH Electronics 公司。LT8300 数据表中列出了所有推荐使用的变压器。

结论

在医疗系统中，可以运用电源隔离来摆脱有噪声的电源电压，在分布式电源架构中也需要电源隔离。基于 LT8300 的电路无需光耦合器，因而简化了隔离型反激式转换器的设计，而且可以方便地购得现成有售的变压器，并不需要定制变压器。LT8300 在 5V 至 100V 的输入电压范围内工作，可提供高达 2W 的输出功率，从而使其非常适合于种类繁多的医疗、工业、电信和数据通信应用。