新颖的想法：创造一个带有较低额定输入电压控制器的 150V 非同步降压解决方案_资讯频道

新颖的想法：创造一个带有较低额定输入电压控制器的 150V 非同步降压解决方案

时间：2017-12-27 11:58来源：21Dianyuan

摘要：在如今的许多应用中，要求的额定输入电压超过许多现有DCDC控制器的VIN最大额定值。对此，传统的解决办法包括使用昂贵的前端保护或实现低端栅极驱动器件。

在如今的许多应用中，要求的额定输入电压超过许多现有 DC/DC 控制器的 V_IN最大额定值。对此，传统的解决办法包括使用昂贵的前端保护或实现低端栅极驱动器件。这意味着采用隔离拓扑，如反激式转换器。隔离拓扑通常需要自定义磁性，且与非隔离方法相比，设计复杂性和成本也有所增加。

存在着另一种解决方案，可以通过使用 V_IN _max（最大输入电压）小于系统输入电压的简易降压控制器来解决问题。这是如何实现的呢？

降压控制器通常来源于参考电位（0V）的偏置电源（图1a）。偏置电源来自输入电压；因此，器件需要承受全部的 V_IN电位。然而，因为开通 P 通道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）所需的栅极驱动电压在 VGS 低于 V_IN，P 通道降压控制器具有参考 V_IN（图1b）的栅极驱动电源。关闭 P 通道 MOSFET 则仅需简单地将栅极电压变为 V_IN（0V VGS）（图2）。

图1：N 通道 (a) 的 VCC 偏置生成；和 P 通道控制器 (b)

图2：P 通道控制器的栅极驱动

非同步 P 通道控制器导出其偏置电源以驱动 P 通道栅极，可带来巨大的效益，并且可能实现提供悬浮在 0V 电位以上的虚拟接地。对于 N 通道高侧 MOSFET，电压来自接地的参考电源。这是使用升压电容器和二极管泵送的电荷，以提供高于 V_IN源极电位的栅极电压。使用 P 通道高侧 MOSFET 可以显著简化该问题。要打开 P 通道 MOSFET，栅极电位需要低于 V_IN的源极电位。因此，电源仅参考 V_IN，而非上面提到的 V_IN和接地。

悬浮接地
如何为控制器创建悬浮接地？这很简单，通过使用射极跟随器即可实现。图3所示为这种方案的基本实践。PNP 发射极的电位为 Vbe（~0.7V），低于齐纳二极管电压电位（Vz）。实质上，您可以将控制器浮动到 V_IN，并调节控制器的参考值，以限制 V_IN与器件接地之间的电压。

图3：使用简易射极跟踪器方案创建虚拟接地

输出电压转换
这里有一项挑战需要克服。由于控制器位于虚拟接地（Vz-Vbe），并产生参考接地（0V）电位的降压输出电压，因此如何才能将输出电压信号转换为位于虚拟接地上方的反馈电压（通常介于 0.8V 和 1.25V 之间）？图4说明了具体的挑战。

图4：展示 V_OUT（参考 0V 接地）与控制器的反馈电压（参考虚拟接地）之间电压电位差的示意图

要关闭环路，您可以使用一对配对晶体管以实践图5所示的电路。一匹配对将反馈信号发送至 V_IN；另一匹配对产生从 V_IN到虚拟接地之上电位的电流。

图5：非同步控制器和使用配对晶体管的馈电实践的高级原理图

综上所述
LM5085 是我所述应用的理想选择，因为它是一个 P 通道非同步控制器，其 VCC 偏置电源参考V_IN。在传统应用中，LM5085 可承受高达 75V_IN的输入电压。对于输入瞬态电压远高于 75V 的应用，请考虑此处提出的解决方案，该输出为 12V。

从控制器反馈电压 1.25V 开始，使用电流将反馈（Ifb）设置为1mA，使用公式1计算 Rfb 值：

式中，Rfb = 1.25k。
Rfb1 设置电流镜的参考电流。再次以 1mA 作为参考电流，并使用公式2，计算 Rfb1，以设置输出电压：

式中，V_OUT = 12V，Rfb1 = 11.3k，Vbe为~0.7V。

当 1mA 流入 Rfb2 且发射极电流大致等于集电电流（Ie〜Ic）时，设置参考电流 Iref2。环路闭合，且电压将调节到所述的设定电压。

输出电压调节
当瞬态电压显著高于 LM5085 的绝对最大值时，适合应用这一想法。LM5085 是一个恒定导通时间（COT）控制器；因此，其导通时间（Ton）与 V_IN成反比。然而，当将 V_IN钳位到 LM5085 时，Ton 将不再随着 V_IN（至功率级）的增加而调整，因为器件将具有由齐纳二极管设置的固定电压，而 V_IN（至功率级）将不断增大。这将导致频率下降，因为功率级输入电压的增加值超过 LM5085 的钳位电压；因此调节电压可能会稍微开始增加。因此，为确保以 Type 1 纹波注入标准规定纹波注入电压的大小。最终，确保纹波被制定在可接受的范围内，以维持稳定性及最小化当纹波增加时的输出误差。

示例原理图
图6所示为绝对最大 V_IN额定值为 150V 的 48V 电源的示意图。示例可以在 3A 条件下提供 12V_OUT。