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2019.04.11 AC/DC

主要部件选型:电源IC的VCC相关部件

使用SiC-MOSFET的隔离型准谐振转换器的设计案例

本文中将确定本设计中使用的电源IC的VCC引脚相关的元器件常数。VCC引脚是电源IC BD7682FJ的电源引脚。

BD7682FJ的内部控制电路通过施加于VCC引脚的电压来工作。大家都知道,如果这个电源电路的输入电压为300V~900V的话,不仅不能直接工作,还有可能瞬间被破坏。因此,需要生成较低的DC电压供该IC电源之用。VCC的工作电压范围为15.0V~27.5V,在“变压器T1的设计 其2”中已经介绍过,计算变压器VCC绕组Nd(也称为“補助绕组”或“第三绕组”)时,已经以VCC=24V为前提计算出了Nd。

右侧电路图为相应部分的摘录。在这里,我们来确定“VCC用电压生成(橙色框)”、“VCC绕组浪涌电压抑制(橙色框)”及“VCC启动(蓝色框)”相关电路的元器件常数。

VCC电压生成用整流二极管D18及滤波用电容C5

通过电路图橙色框内的二极管D18和电容C5,将VCC绕组Nd(电路图的第5-6绕组)产生的开关电压整流为DC电压并滤波。该电路与二极管整流型DC/DC转换器基本相同。(框内的电感L4实际上是不使用的,请忽略。另外,电阻Rvcc1是浪涌抑制电阻,后续会进行说明)

D18的耐压通过计算施加于D18的反向电压Vdr来确定。

VCC(max)按31.5V。VCC引脚具有VCC OVP(过电压保护)功能,其最大值为31.5V,所以VCC电压即使上升到这个电压值,也不会超过D18的耐压。设Vf为1V。VIN(max)为900V。根据“变压器T1的设计 其2”中求得的结果,Nd为8匝,同样,Np为64匝。

将这些值代入,

考虑到余量后,根据145V/0.7≒200V,最终选择具有200V耐压的二极管。D18根据其目的需要选择适合高速开关的类型。此次使用ROHM生成的快速恢复二极管RF05VAM2S

电容C5选择22µF的铝电解电容比较合适,根据Vcc(max)耐压为35V。

VCC绕组用浪涌电压抑制电阻Rvcc1

受变压器的漏电感(Lleak)影响,当MOSFET从ON至OFF的瞬间,将产生大的浪涌电压(峰波噪声)。这种浪涌电压是由VCC绕组所引起的,VCC电压上升可能会引发VCC引脚的VCC OVP动作。插入5~22Ω左右的抑制电阻Rvcc1来降低这种浪涌电压。请在实际安装在产品中的状态下确认VCC电压的上升情况并调整电阻值。

VCC启动用电阻R11、R12、R13、R14、电容C6、二极管D19

对于VCC绕组的VCC电压来说,二次侧的输出是基础(Ns:Nd)。所以,在原理上,电路如果不开始开关工作,就不会产生VCC电压,故需要在启动时另行给IC施加VCC电压。启动用电阻(Rstart)R11、R12、R13、R14与启动用电容(Cstart)C6一起启动IC。另外,还可以使用这种CR来调整启动时间。此外,对待机功耗也有影响。

启动用电阻Rstart可通过以下公式所示的最小和最大条件求出。根据VIN_min取余量,VIN_start按180V。根据技术规格书,VCC UVLO(max)为20V,且待机时电路电流IOFF、即启动前的VCC最大电流为30µA,但需要确保余量,所以按40µA。VCC OVP(max)在技术规格书中的规定是31.5V,保护电路动作时的VCC电流Ion1取最小值300µA。

Rstart<VIN_start-VCC UVLO(max)/IOFF=(180V-20V)/40µA=4000kΩ

Rstart>VIN_max-VCC OVP(max)/Ion1=(900V-31.5V)/300µA=2895kΩ

2895kΩ<Rstart<4000kΩ

根据计算结果,Rstart为2940kΩ(R11、R12各1MΩ,R13、R14各470kΩ)。

启动用电容(Cstart)C6由于还具有使VCC稳定的作用,所以推荐采用2.2µF以上的电容。再考虑到前述的启动时间,本次采用4.7µF的电容。图中显示了Cstart与VIN的启动时间的关系。

关于与启动电阻Rstart之间的关系,如果将Rstart的值设置的较小,则启动时间缩短,待机功耗增加。反之,如果将Rstart的值调大,则启动时间延长,待机功耗变小。

当VIN接通时,C6被充电;当VCC引脚的电压达到启动电压时,IC开始工作。其后,当输出电压超过恒定电压时,VCC生成电路工作且供给VCC电压。二极管D19要避免给启动时的滤波用电容C5充电。D19使用反向电流IR很低的开关二极管1SS355VM(ROHM生产)。请参考这里的电路图(在该电路中,Rvcc1为22Ω)。

关键要点:

・IC的电源VCC由利用了二次侧输出的VCC绕组生成。

・启动时未发生二次侧输出,因此另行设置启动用电压供给电路。

・为了避免VCC OVP的误动作,需要用来抑制VCC绕组的浪涌电压的电阻。

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