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2020.04.22 AC/DC

主要零件的選型:電源IC的VCC相關零件

使用SiC-MOSFET的隔離型準諧振轉換器的設計案例

本文中將確定本設計中使用的電源IC的VCC引腳相關的元件常數。VCC引腳是電源IC BD7682FJ的電源引腳。

BD7682FJ的內部控制電路透過外加於VCC引腳的電壓來工作。大家都知道,如果這個電源電路的輸入電壓為300V~900V的話,不僅不能直接工作,還有可能瞬間被破壞。因此,需要生成較低的DC電壓供該IC電源之用。VCC的工作電壓範圍為15.0V~27.5V,在“變壓器T1的設計 其2”中已經介紹過,計算變壓器VCC線圈Nd(也稱為“補助線圈”或“第三線圈”)時,已經以VCC=24V為前提計算出了Nd。

右側電路圖為相應部分的摘錄。在這裡,我們來確定“VCC用電壓生成(橙色框)”、“VCC線圈突波電壓抑制(橙色框)”及“VCC啟動(藍色框)”相關電路的元件常數。

VCC電壓生成用整流二極體D18及濾波用電容C5

透過電路圖橙色框內的二極體D18和電容C5,將VCC線圈Nd(電路圖的第5-6線圈)產生的切換電壓整流為DC電壓並濾波。該電路與二極體整流型DC/DC轉換器基本相同。(框內的電感L4實際上是不使用的,請忽略。另外,電阻Rvcc1是突波抑制電阻,後續會進行說明)

D18的耐壓透過計算外加於D18的反向電壓Vdr來確定。

VCC(max)按31.5V。VCC引腳具有VCC OVP(過電壓保護)功能,其最大值為31.5V,所以VCC電壓即使上升到這個電壓值,也不會超過D18的耐壓。設Vf為1V。VIN(max)為900V。根據“變壓器T1的設計 其2”中求得的結果,Nd為8匝,同樣,Np為64匝。

將這些值代入,

考慮到餘量後,根據145V/0.7≒200V,最終選擇具有200V耐壓的二極體。D18根據其目的需要選擇適合高速切換的類型。此次使用ROHM生成的快速恢復二極體RF05VAM2S

電容C5選擇22µF的鋁電解電容比較合適,根據Vcc(max)耐壓為35V。

VCC線圈用突波電壓抑制電阻Rvcc1

受變壓器的漏電感(Lleak)影響,當MOSFET從ON至OFF的瞬間,將產生大的突波電壓(峰波雜訊)。這種突波電壓是由VCC線圈所引起的,VCC電壓上升可能會引發VCC引腳的VCC OVP動作。插入5~22Ω左右的抑制電阻Rvcc1來降低這種突波電壓。請在實際安裝在產品中的狀態下確認VCC電壓的上升情況並調整電阻值。

VCC啟動用電阻R11、R12、R13、R14、電容C6、二極體D19

對於VCC線圈的VCC電壓來說,二次側的輸出是基礎(Ns:Nd)。所以,在原理上,電路如果不開始切換工作,就不會產生VCC電壓,故需要在啟動時另行給IC外加VCC電壓。啟動用電阻(Rstart)R11、R12、R13、R14與啟動用電容(Cstart)C6一起啟動IC。另外,還可以使用這種CR來調整啟動時間。此外,對待機功耗也有影響。

啟動用電阻Rstart可透過以下公式所示的最小和最大條件求出。根據VIN_min取餘量,VIN_start按180V。根據技術規格書,VCC UVLO(max)為20V,且待機時電路電流IOFF、即啟動前的VCC最大電流為30µA,但需要確保餘量,所以按40µA。VCC OVP(max)在技術規格書中的規定是31.5V,保護電路動作時的VCC電流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

根據計算結果,Rstart為2940kΩ(R11、R12各1MΩ,R13、R14各470kΩ)。

啟動用電容(Cstart)C6由於還具有使VCC穩定的作用,所以推薦採用2.2µF以上的電容。再考慮到前述的啟動時間,本次採用4.7µF的電容。圖中顯示了Cstart與VIN的啟動時間的關係。

關於與導通電阻Rstart之間的關係,如果將Rstart的值設定的較小,則啟動時間縮短,待機功耗增加。反之,如果將Rstart的值調大,則啟動時間延長,待機功耗變小。

當VIN接通時,C6被充電;當VCC引腳的電壓達到啟動電壓時,IC開始工作。其後,當輸出電壓超過恒定電壓時,VCC生成電路工作且供給VCC電壓。二極體D19要避免給啟動時的濾波用電容C5充電。D19使用反向電流IR很低的切換二極體1SS355VM(ROHM生產)。請參考這裡的電路圖(在該電路中,Rvcc1為22Ω)。

重點:

・IC的電源VCC由利用了二次側輸出的VCC繞組生成。

・啟動時未發生二次側輸出,因此另行設置啟動用電壓供給電路。

・為了避免VCC OVP的誤動作,需要用來抑制VCC繞組的浪湧電壓的電阻。

PWM返馳式轉換器設計範例