簡介

在許多應(yīng)用中都可以找到高壓電源和電容充電器，包括專業(yè)閃光燈，安全控制系統(tǒng)，脈沖雷達系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和爆炸雷管。 LT3751使設(shè)計人員能夠滿足這些應(yīng)用的苛刻要求，包括高可靠性，相對低成本，安全工作，最小電路板空間和高性能。

LT3751是一款通用型反激式控制器可用作電壓調(diào)節(jié)器或電容器充電器。 LT3751工作在邊界模式，連續(xù)導(dǎo)通模式和非連續(xù)導(dǎo)通模式之間。邊界模式操作允許相對較小的變壓器和整體減少的PCB占用面積。邊界模式還可以減少使用電壓模式或PWM技術(shù)可能產(chǎn)生的大信號穩(wěn)定性問題。使用峰值初級電流調(diào)制和占空比調(diào)制的新雙重重疊調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)調(diào)節(jié)，大幅降低可聽變壓器噪聲。

LT3751具有許多安全性和可靠性功能，包括兩組欠壓鎖定（UVLO），兩組過壓鎖定（OVLO），空載操作，過溫鎖定（OTLO），所有高壓引腳上的內(nèi)部齊納鉗位，以及可選的5.6V或10.5V內(nèi)部柵極驅(qū)動器電壓鉗位（無）需要外部組件）。 LT3751還增加了一個啟動/短路保護電路，以防止變壓器或外部FET損壞。當用作穩(wěn)壓器時，LT3751的反饋環(huán)路經(jīng)過內(nèi)部補償以確保穩(wěn)定性。 LT3751提供兩種封裝，20引腳裸露焊盤QFN或20引腳裸露焊盤TSSOP。

帶內(nèi)部鉗位的新型柵極驅(qū)動器無需外部元件

使用柵極驅(qū)動器時有四個主要問題：輸出電流驅(qū)動能力，峰值輸出電壓，功耗和傳播延遲。 LT3751配備1.5A推挽主驅(qū)動器，足以驅(qū)動+ 80nC門。 LT3751還集成了一個輔助0.5A PMOS上拉驅(qū)動器，與主驅(qū)動器并聯(lián)使用，用于8V及以下的V CC 電壓。該PMOS驅(qū)動器允許軌到軌操作。高于8V時，必須通過將其漏極連接到V CC 來禁用PMOS驅(qū)動器。

大多數(shù)分立FET的V GS 限制為20V。驅(qū)動FET高于20V可能導(dǎo)致內(nèi)部柵極氧化物短路，造成永久性損壞。為緩解這一問題，LT3751具有內(nèi)部可選的5.6V或10.5V柵極驅(qū)動器鉗位。無需外部元件，甚至不需要電容器。只需將CLAMP引腳接地即可進行10.5V操作，或連接到V CC 以進行5.6V操作。圖1顯示了柵極驅(qū)動器在10.5V時鉗位，V CC 電壓為24V。

內(nèi)部鉗位不僅可以保護FET免受損壞，而且減少注入柵極的能量。這提高了整體效率并降低了柵極驅(qū)動器電路中的功耗。柵極驅(qū)動器過沖非常小，如圖1所示。將外部FET放置在靠近LT3751 HVGATE引腳的位置可以減少過沖。

10V至24V輸入的高壓隔離電容充電器

LT3751可配置為完全隔離的獨立電容充電器，采用新的差分非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）比較器 - 用于檢測邊界模式條件 - 和新的差分輸出電壓（V OUT ）比較器。 DCM比較器和V OUT 比較器的差分工作允許LT3751在高于400V的高壓輸入電源下精確工作。同樣，LT3751的DCM比較器和V OUT 比較器可以使用低至4.75V的輸入電源。這適用于無與倫比的電源范圍。

圖2顯示了一個高壓電容充電器，由10V至24V的輸入電源驅(qū)動。 LT3751僅需五個電阻即可作為電容充電器。通過調(diào)整R9給出的輸出電壓跳變點可以從50V連續(xù)調(diào)節(jié)到450V：

一旦達到編程的輸出電壓跳變點（V OUT（TRIP）），LT3751就會停止對輸出電容充電。通過切換CHARGE引腳重復(fù)充電周期。輸出電容器的最大充電/放電速率受變壓器溫升的限制。將圖2中的變壓器表面溫度限制在65°C且無氣流時，平均輸出功率≤40W，由下式給出：

其中V OUT（TRIP）是輸出跳變電壓，V RIPPLE 是輸出節(jié)點上的紋波電壓，頻率是充電/放電頻率。兩種技術(shù)用于增加可用輸出功率：增加變壓器上的氣流，或增加變壓器本身的尺寸。圖3顯示了100μF輸出電容的充電波形和平均輸入電流，小于100ms（R 9 =976Ω）充電至400V。

輸出電壓如果高于450V，圖2中的變壓器必須更換為具有更高初級電感和更高匝數(shù)比的變壓器。有關(guān)正確的變壓器設(shè)計步驟，請參考LT3751數(shù)據(jù)手冊。

10V至24V輸入的高壓穩(wěn)壓電源

LT3751也可用于轉(zhuǎn)換低壓供電到更高的電壓。在輸出節(jié)點與FB引腳和地之間放置一個電阻分壓器，可使LT3751作為穩(wěn)壓器工作。圖4顯示了一個400V穩(wěn)壓電源，工作電壓范圍為10V至24V。

LT3751采用調(diào)節(jié)控制方案，可大幅降低變壓器和輸入輸出陶瓷大容量電容器的可聽噪聲。這是通過使用內(nèi)部26kHz時鐘來同步初級繞組開關(guān)周期來實現(xiàn)的。在時鐘周期內(nèi)，LT3751可調(diào)制峰值初級電流和開關(guān)周期數(shù)。圖5a和5b分別顯示了重載和輕載波形，而圖5c顯示了圖4中應(yīng)用的大部分工作范圍的效率。

時鐘力至少每個周期一個開關(guān)周期，在無負載條件下對輸出電容器過充電。 LT3751可處理空載條件并防止輸出節(jié)點過度充電。圖6顯示了LT3751在空載條件下的保護。

可以將電阻器添加到RV OUT 和RBG以添加第二層保護，或者它們通過將RV OUT 和RBG連接到地，可以省略減少元件數(shù)量。 V OUT 比較器的跳閘電平通常設(shè)置為比標稱穩(wěn)壓電壓高20％。如果電阻分壓器發(fā)生故障，V OUT 比較器將在輸出爬升到標稱值以上20％時禁用開關(guān)。

注意LT3751的FB引腳也可以是用于電容充電器。 LT3751作為電容充電器工作，直到FB引腳達到1.225V，之后LT3751作為電壓調(diào)節(jié)器工作。這樣可以使電容器保持最佳狀態(tài)，直到應(yīng)用需要使用其能量。輸出電阻分壓器形成從輸出電容到地的泄漏路徑。當輸出電壓下降時，LT3751反饋電路將通過小的低電流突發(fā)電荷保持電容器截止，如圖6所示。

高輸入電源電壓，隔離電容充電器< /跨度>

如上所述，LT3751差分DCM和V OUT 比較器允許器件在非常高的輸入電源電壓下精確工作。如圖7所示，離線電容充電器可以在100V至400V的直流輸入電壓下工作。變壓器提供從輸入電源到輸出節(jié)點的電流隔離 - 無需額外的磁性元件。

輸入電壓大于80V需要在DCM和V OUT 比較器上使用電阻分壓器（僅限充電器模式）。通過增加電流I Q 到R 10 和R 11 ，可以提高V OUT 跳閘閾值的準確度;然而，R 6 / R 7 的比例應(yīng)與R 10 / R 11 緊密匹配，公差接近0.1 ％。一個技巧是使用電阻器陣列來產(chǎn)生所需的比率。與使用單獨的0.1％表面貼裝電阻相比，實現(xiàn)0.1％比率精度并不困難并且可以降低總體成本。請注意，各個電阻的絕對值并不重要，只有R 6 / R 7 和R 10 / R 11 。 DCM比較器不太重要，可以承受大于1％的電阻變化。

100V至400VDC輸入電容充電器的整體V OUT（TRIP）精度優(yōu)于6使用0.1％電阻分壓器在整個工作范圍內(nèi)的百分比。圖8顯示了V OUT（TRIP）的典型性能和圖7中電路的充電時間。

高輸入電源電壓，非隔離電容充電器/穩(wěn)壓器

LT3751的FB引腳也可配置為從高輸入電源電壓為電容充電。只需將電阻分壓器從輸出節(jié)點連接到FB引腳即可。 R VTRANS 和R DCM 引腳上的電阻分壓器可以容忍5％電阻，所有R V（OUT）和R BG 引腳電阻被移除。這降低了所需組件的數(shù)量和容差，減少了電路板空間和總體設(shè)計成本。通過輸出電壓電阻分壓器，圖9中的電路也是一個功能齊全的高效電壓調(diào)節(jié)器，負載和線路調(diào)節(jié)率優(yōu)于1％。圖9中電路的效率和線路調(diào)節(jié)分別如圖10a和圖10b所示。

或者，可以將電阻從V OUT 連接到OVLO1引腳或OVLO2引腳。這模擬了V OUT 比較器，一旦達到目標電壓就停止充電。 FB引腳接地。必須切換CHARGE引腳以啟動另一個充電序列，因此LT3751僅作為電容充電器工作。圖9中省略了電阻器R 12 ，電阻器R 11 從V OUT 直接連接到OVLO1或OVLO2。 R 11 使用以下公式計算：

注意OVLO1或OVLO2將導(dǎo)致 FAULT 引腳指示故障時達到目標輸出電壓V OUT（TRIP）。

帶隔離的高壓輸入/輸出穩(wěn)壓器

使用從輸出節(jié)點到FB引腳的電阻分壓器允許調(diào)節(jié)，但不提供電流隔離。圖11所示電路中的變壓器增加了兩個輔助繞組，用于驅(qū)動FB引腳，LT3751控制器和反饋電阻分壓器上的光耦合器。輔助繞組提供所需的電流隔離邊界，同時保持從輸出節(jié)點到LT3751 FB引腳的隔離反饋路徑。圖12和圖13顯示了穩(wěn)壓器的性能。

完全隔離的高壓輸入/輸出穩(wěn)壓器可提供超過90％的效率。負載調(diào)節(jié)非常好，如圖13b所示，主要是由于光耦合器電路增加了增益。

結(jié)論

能夠從4.75V到400V以上的任何輸入電源電壓運行，并提供豐富的安全功能LT3751是高壓電容充電器或高壓穩(wěn)壓電源的理想選擇。實際上，LT3751目前是唯一能夠在極高輸入電壓下精確工作的邊界模式電容充電器控制器。 LT3751通過集成許多功能簡化了設(shè)計，這些功能由于成本和電路板不動產(chǎn)而無法實現(xiàn)。雖然這里展示了幾種設(shè)計，但LT3751包含的功能比我們在一篇文章中展示的要多得多。