内容

1.参考文献

2.介绍

3.反激式工作原理和模型

4.反激电路设计与仿真

5.GreenPAK设计

6.GreenPAK模拟和验证

7.GreenPAK应用电路和测试

8.结论

参考文献

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yabo国际娱乐Dialog Semiconductor提供了一个完整的应用笔记[4]库，包括设计示例以及Dialog IC内的功能和块的解释。

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介绍

DC-DC电压变换器广泛应用于消费电子产品到大功率能量转换系统等领域。亚博国际官网平台网址其中，反激式转换器在低功耗应用中很受欢迎，如液晶显示器和电视的背光，微型泵(即微生物实验)，压电电子产品和盖革计数管亚博国际官网平台网址。

这种反激转换器是高度可扩展和可重用的应用范围从30V到450V，只需改变GreenPAK™IC[5]的配置参数。亚博国际官网平台网址

图1。显示监视器结构

例如，高压led为室内改造灯具提供了最佳解决方案。高压led通常具有更高的开启电压，大于20V，而传统led通常约为3V(白光led)。这种低电流高压架构可以实现更简单、更小、更便宜和更高效的驱动器拓扑。与低压高电流LED串相比，高压低电流LED串利用相同数量的LED和流明输出，其LED输出电压更接近于其交流输入电压。

对于LCD背光灯，led位于显示器的边缘，导光板有助于实现均匀的背光。白光led通常采用恒流驱动，使用脉宽调制(PWM)进行调光控制。你可以通过反飞转换器驱动LED串联，以产生足够的电压来照亮一个大的LED串。除了易于控制，串联连接还简化了pc板路由，并实现led之间的最佳电流匹配。因此，串联连接是首选的方式。

在用于精确控制液体输送的医疗或生物设备中，如输液泵、胰岛素泵或雾化器，压电微泵提供了标准泵的有吸引力的替代方案。

压电微泵体积小、重量轻、功率低、成本低、精度高。它们是微型机械泵装置，采用压电驱动器和被动止回阀相结合。当施加电压时，压电驱动器膨胀或收缩，导致液体或气体被吸入或排出泵腔。泵腔两侧的止回阀控制一个方向的流量。

反激式变换器受益于电绝缘，多输入和/或输出级，紧凑和简单的结构。它们的关键部件是高频变压器。详细介绍了采用GreenPAK技术的DC-DC反激变换器，该变换器可以动态控制输出电压。详细介绍了仿真结果和设计步骤。GreenPAK通过合并模拟和数字可配置块，为开发应用程序提供了新的观点。亚博国际官网平台网址

图2。250 v微型泵

图3。反激电路ON相位

图4。反激电路断开相位

其主要优点是小型化、多种配置的灵活性和简单的编程。复杂的电路可以通过混合模拟和数字元件来实现，而不需要另一种编程语言。

在这个应用程序示例中，我们将展示如何使用GreenPAK:

读取模拟输出电压反馈控制
将读取电压与为输出而选择的固定值进行比较
脉冲宽度调制，以驱动功率MOSFET
通过内部振荡器精确操作排序。

反激式工作原理和模型

返飞电路的基本拓扑结构如图1所示。当MOSFET接通，电压加到一次绕组上时，一次电流线性上升。输入电流的变化由输入电压、变压器一次电感和接通时间决定。在此期间，能量被储存在变压器的核心中。输出二极管D1反向偏置，由于电压由一次感应，能量没有传递到输出负载。

初级电流呈线性上升

次级电压为:

因此，二极管的反向电压应至少为

当MOSFET关闭时，在一次电流中积累的能量为:

由于一次开关是打开的，电压在二次开关中感应，二极管正向偏置。电流由变压器比固定:

电压:

如果忽略开关MOSFET和输出整流二极管之间的电压降，则在接通时间(T_在)应等于关断时间(T_从)，在稳态运行时:

如果我们定义D为占空比:

可得匝数比与输入电压与输出电压的关系:

最大占空比的增大降低了变压器一次电流的峰值电流，从而提高了一次变压器的利用率，降低了输入源的纹波。同时，最大占空比的增加会增加主开关MOSFET漏极到源极之间的最大应力电压，并增加二次侧的峰值电流。

反激变换器有两种不同的工作模式，不连续模式和连续模式。在断续模式下，在接通时间内存储在一次电源中的所有能量在下一个循环之前完全传递给二次电源和负载，并且在二次电流达到零和下一个循环开始之间也有一个死区时间。在连续模式下，在下一个循环开始时，仍有一些能量留在次级中。反激式返回式可以在两种模式下工作，但它具有不同的特性。

图5。断续电流模式

断续模式具有更高的峰值电流，因此在关断期间具有更高的输出电压峰值。

另一方面，它具有更快的负载瞬态响应，较低的一次电感，因此变压器的体积可以更小。二极管的反向恢复时间并不关键，因为在施加反向电压之前正向电流为零。传导EMI噪声在不连续模式下降低，因为晶体管在零漏极电流下接通。

连续模式具有较低的峰值电流，因此，较低的输出电压峰值。不幸的是，它使得控制回路更加复杂，因为它的右半平面(RHP)零迫使降低转换器的总带宽。

图6。连续电流模式

反激电路设计与仿真

为了验证电路设计的正确性，在PSpice中进行了仿真。

选择了一个匝数比为1:10的变压器，输入电压为5V。R1和C3元件形成一个缓冲网络，以保护MOS1晶体管免受高电压峰值。

Si7898DP是一种高电压n沟道MOSFET，最大漏极电压150V，漏源电阻低(R_ds,0.095 @I_D= 3A和V_GS= 6 v)。所选用的二极管具有高速(反向恢复<4ns)和高峰值反向电压(100V)。这两种电容器适用于最高电压速率为1000V的高压应用。亚博国际官网平台网址

驱动mosfet的PWM信号由电压控制振荡器(VCO-Sqr)模拟，它将由GreenPAK生成。控制信号是电阻分压器R上的电压₂和R_3.它作为输出的反馈。

在第一个图(红线)中，由分压器缩放的反馈电压被发送到脉宽调制器。通过这种方式，压控振荡器将占空比设置为MOSFET(图3中的绿线)。如图所示，当电压目标达到时，占空比和频率下降。

压控振荡器产生200kHz的方波(图9绿线)，在每一个下降沿，存储在变压器中的能量被输送到负载，增加输出电压。负载中的电压增加反映在一次电压上，并通过RC缓冲器网络进行衰减。

图7。模拟输出图

图8。反激电路原理图

图9。放大图模拟

GreenPAK设计

反激变换器的核心是GreenPAK4。它将分压器的输出电压转换为占空比变化的脉宽调制，以获得前缀输出电压。当输出电压低于预先设定的阈值时，占空比最大化以达到该电压，然后占空比减小，输出电压变得稳定。我们的目标是达到450V，因此通过USB连接使用外部电源。

pin6上GreenPack 4的电压是输出反馈控制，它通过ACMP0与DAC0输出进行比较。此值设置为输出要达到的目标电压:

DAC寄存器被设置为206，这意味着:

这样，当输入引脚6的电压低于DAC输出值时，模拟比较器下降，通过INV0计数器上升计数。CNT8最初设置为255，两个信号之间的差始终为正，占空比最大(99.6%)，以获得所需的输出电压值。当电压达到0.808V时，ACMP变低，INV0变高，计数器下降计数，占空比减小。

要设置不同的电压，可以保持完全相同的配置，只需要更改软件。根据上述250V和100V的方程，可得:

DAC寄存器需要通过下面的公式设置为115:

对于100V，同理可得:

GreenPAK模拟和验证

利用Proteus©仿真套件对反激电路的PWM发生器进行仿真。图为PWM产生部分的数字仿真示意图。从左边开始，两个电阻模拟反激输出级的分压器。分频器输入用正弦发生器进行模拟。5V直流偏置。这意味着比较器的IN+为2.5V，峰值与200mV的交流耦合正弦信号。

图10。反激式系统设计

图11。GreenPAK矩阵0设计

图12。GreenPAK矩阵1设计

图13。PWM数字仿真

在直流值附近的正弦变化模拟了高压输出在450V设定值附近的变化。一个2.5V的固定参考电压连接到比较器的反相输入。恒定电压模拟GreenPAK DAC的输出。离散计数器U4模拟GreenPAK斜坡发生器(即CNT8/DLY8)。这是一个从最大值到零值的自由运行计数器。事实上，由于引脚D/Ū连接到高电平，它处于下计数器模式。计数器U1也处于自由运行模式。在这种情况下，D/Ū输入由比较器输出电压电平控制。

当IN+>IN-时，模拟比较器输出高，U1计数器处于DOWN模式。反之，当IN->IN+时，模拟比较器输出低，U1计数器处于UP模式。

两个计数器的输出通过数字比较器U3进行数字比较。输出保持在数字比较器的A>=B引脚上。为了简单起见，模拟采用了4位计数器和数字比较器。在模拟过程中使用一个数字示波器显示信号。通道A监控电阻分压器输出，通道B监控电阻分压器输入，通道C监控PWM输出，通道D监控DAC输出的参考电压。除了振荡器之外，逻辑分析仪还显示计数器输出、模拟比较器输出和数字PWM输出。

如图14所示，C迹线(PWM输出)与模拟比较器输出交换。蓝色轨迹是电阻分压器处的输入电压。

图14。模拟输入级模拟

图15。逻辑分析仪信号

绿色轨迹为DAC参考电压输出(IN+)，黄色轨迹为分压器中间电压(IN-)。如你所见，当黄色迹线高于参考电压时，比较器输出变高。当黄色轨迹在绿色轨迹之下时，情况正好相反。比较器输出由粉色迹线表示。

图15显示了数字比较器输出(通道A0..A7)，模拟比较器电平(通道A14)和PWM数字输出(通道A15)。时钟信号以低于实际应用电路的频率馈电，以提高信号的可见性和可理解性。

值得注意的是，当模拟比较器处于高电压水平时，PWM是放松的，但在相反的情况下更活跃。考虑到高电平情况，这意味着反激高压输出正在增加，因此PWM信号必须放松，使反激输出向设定值沉降。

该体系结构的主要特点是:

始终保证最小的PWM信号。
GreenPAK块之间不需要同步。
在设定值附近，以数字方式执行输出跟踪。

在附件的视频中，你可以看到随着斜坡值的改变，占空比也随之改变。

GreenPAK应用电路和测试

图16展示了实际的电路，左边是GreenPAK开发板，右边是反激电路，组装在面包板上。GreenPAK开发板由内部5V稳压器提供，而反激电路由USB 5V HUB提供。采用这种选择是为了避免GreenPAK内部调节器的巨大负荷。两者的基准是相同的。图17显示了GreenPAK编程接口。

图16。应用电路及测试

如您所见，使用内部调节器，而模拟比较器输入(TP6)， PWM信号输出(TP12)和GND信号在扩展连接器上路由。

连接采用刚性电缆和内标头。TP12引脚连接到MOSFET的栅极，而电阻分压器的中点连接到TP6引脚。重置/延迟输入TP2在非锁存模式配置下使用按钮模拟。可以看到，TP6和TP12上选择了EC标志，启用了外部连接。一个数字测试仪连接到1000V的反激输出。我们期望输出电压约为。450V和万用表测量如图18所示。

电路通过按下测试/仿真模式按钮开始运行。复位按钮(TP2)固定在逻辑高电平(5V)上。在你开始跑步之前，在高压产生过程中，请注意所有连接是否正确，不要接触任何部件．当电路供电时，可以看到数字万用表显示器上的电压正在增加。电压上升非常快，几秒钟就达到450V的设定值。该值稳定在设定值附近，直到通过单击仿真按钮禁用仿真模式。GreenPAK开发板关闭后，短时间内输出归零。

详情请参考视频。

在处理反激电路之前，请注意并确保万用表上的电压为零．

400V以上的电压也适用于其他应用。亚博国际官网平台网址例如，盖革管可以连接到反激输出，对基本电路稍加修改，就可以检测和计数辐射粒子。此外，可以通过Labview GUI或TFT显示单元实现显示或PC接口来显示参数

这里没有演示这一点，因为需要稳定的印刷电路板(PCB)。稍低的电压(100V到250V之间)通常用于驱动微型泵和MEMS设备等压电器件。例如，输出电压可以通过在DAC寄存器输入中设置正确的值来改变。