术语和定义

参考文献

有关文件及软件，请浏览:

//www.xmece.com/configurable-mixed-signal．

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1. GreenPAK设计软件，《软件下载及用户指南》，Dialog Semiconductoryabo国际娱乐
2. AN-CM-232低功耗DC-to-DC转换器，GreenPAK设计文件，Dialog半导yabo国际娱乐体
3. GreenPAK开发工具，GreenPAK开发工具网页，对话半导体yabo国际娱乐
4. GreenPAK应用笔记，GreenPAK应用笔记网页，Dialog半导体yabo国际娱乐
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6. 功率MOSFET基础:理解栅电荷并使用它来评估开关性能，AN-608A, Vishay

介绍

出于安全原因，电隔离接口是工业设备中的一个常见要求。在这种类型的应用中，数字隔离器用于电隔离MCU与通信收发器或ADC。

数字隔离器工作在两个电源域，在一个域使用一个隔离的直流电源。用一个小而简单的推挽变换器可以实现隔离电源域的低直流电压。推挽变换器是一种变压器隔离拓扑结构，使用两个晶体管以互补模式切换。

本应用说明将介绍一种基于Dialog的低成本、低功耗DC/DC推挽变换器GreenPAK™SLG46108设备。以下部分将展示如何:

• 利用可编程延迟块产生带有死区时间的互补PWM。
• 使用管道延迟块生成启动序列。
• 通过内部振荡器获得多个时钟频率。

推挽拓扑的工作原理

推挽变换器的原理图如图所示图1．这种变换器使用一个在一次和二次绕组中有中心抽头的变压器。两个晶体管(问1和问2)开关直流输入电压V在在交替著。

在初级侧，当PUSH命令信号(图1)为HI, Q2打开晶体管，变压器电流从Vin流向Q2晶体管。同时，在第二绕组中有一变压器电流从二极管D流出1到输出电容，通过中心抽头返回。

PUSH命令在一个半周期内为HI。PULL命令在另一半周期中偏高。当PULL命令为high时，Q1打开晶体管，电流从V流出在要问1在初级阶段，从D2到次级的输出电容。

在两个电流周期中，电流在输出电容中流向相同，输出电压V为正出．变换器输出电压可由式(1）

(1）

在V出为输出电压，D为占空比，VP为变压器一次绕组的电压，n为变压器匝比，V二极管为二极管(D1和D2)的输出电压降。Vp由方程(2）：

(2）

在VDS晶体管内阻降为Q吗1和问2．

这种拓扑的一个问题是输出电压随负载电流的变化而变化。为了保证稳定的输出电压，应该在输出上增加一个线性稳压器，并且变换器的输出电压必须高于稳压器规定的最小值。PUSH和PULL命令信号显示在图2．命令信号是互补的，应具有相同的占空比，以避免变压器铁芯饱和。

推拉转换器的一个重要方面是需要一个短的时间间隔，两个命令都是低的，可以看到图2．这个时间间隔是为了避免变压器一次两端短路。

晶体管问1和问2需要少量的时间来有效地开启和关闭。MOSFET的开启和关闭涉及一个充电和放电的过程MOSFET栅极。一种常见的方法是将场效应管栅极电荷影响模型建模为场效应管源和漏极之间的电容器。这在图3．

在数据表中，打开和关闭转换显示为图4．然而，开关时间很大程度上受到电路条件的影响，如栅驱动电阻、漏源极电压等。

这个时间间隔很短，应该由驱动程序生成，它在开关命令之间生成一个死时间间隔。推拉占空比因死区间隔而低于50%。这通常会使占空比降低3- 5%。占空比的降低降低了输出电压，增加了损耗。

电路板原理图及布局

图5描述了使用SLG46108的低功耗转换器模块的电路板原理图。该模块的输入直流电压为5伏(J1连接器)和大于5伏的隔离输出。输出电压(J2连接器)高于5v，以使线性稳压器能够工作。

在这个电路中，SLG46108产生控制信号PWMPOS和PWMNEG来切换两个晶体管Q1和问2．PWM信号是主动时，关机输入是低或是保持开放。当关机是高PWM信号是无效的和两个晶体管关闭。

考虑到250 kHz的开关频率，开关死区间隔被定义为产生45%的占空比。这种方法使开发的控制器能够使用不同的晶体管。缺点是输出电压降低，效率降低。

所选变压器为伍尔特电子零件号760390014，其匝数比为1:3 .3。输出二极管是来自Nexperia的零件号BAS32。在这个项目中，我们考虑了最大二极管降电压为0.7 V。这两种晶体管都是众所周知的2N7002 NMOS。

对于这个电路，我们计算期望的最小输出电压，当二极管的降电压是最大的，使用公式1。然后:

V出= 2 * 0.45 * 5 * 1.3−0.7 = 5.85−0.7 = 5.15 v

为了简单起见，忽略晶体管中的跌落电压，因为负载电流低，MOSFET的等效电阻也很低。输出电压必须高于计算的最小电压，特别是在轻负载时。

图6如图所示:

SLG46108示意图

项目设计是在GreenPAK设计器见图7．

时钟配置

实现的解决方案使用来自OSC块的250khz时钟信号(CLK/8)作为基础PWM信号。OSC块被配置为主时钟频率为2mhz (CLK)，并使用它的两个输出:时钟除以4 (CLK/4)和8 (CLK/8)。主振荡器时钟的来源是阻止CNT1/DLY1产生一个除以2的时钟(CLK/2)。

PWM配置

为了产生在转换之间有死区时间的互补PWM信号，我们使用了pdly、2-L2和2-L3块结构。频率为250khz的基频PWM信号在可编程延迟模块中延迟222ns (5 V时延迟2 cell)，这两个信号分别输入到模块2- l2和2- l3。Block 2-L2是一个AND逻辑端口，只有当CLK/8和他的延迟版本高时输出才会高。Block 2-L3是一个NOR逻辑端口，只有当CLK/8和他的延迟版本都是逻辑低时，输出才会高。

这种结构产生的互补PWM信号在两个输出具有相同的占空比和过渡之间的死时间间隔。输出信号OUT P和OUT N在驱动输出引脚之前，需要通过模块3bit-LUT0和3bit-LUT1。

设计公司

区块3bit-LUT0和3bit-LUT1是设计启动逻辑的一部分。为了避免初始化时的高涌流，变换器中需要启动顺序逻辑。启动过程有两个阶段，由信号T控制1和T2，通过管道延迟块生成。管道延迟块在CNT0/DLY0块复位后开始计数脉冲。CNT0/DLY0块每128µs产生一个脉冲。这里保留了T1和T2在前128µs的工作中，信号为LO。

T1和T2信号

T1signal是3位- lut2块的输入。LUT2块发送T1高时CLK/4、CLK/2信号与运算产生的占空比小的PWM信号，T高时输出连续的LO信号1很低。

T2signal是3bit-LUT0和3bit-LUT1块的输入。T2信号用于这些块来选择输出PWM驱动信号的占空比。当T2为LO时，输出信号OUT P和OUT N与来自block 3bit-LUT2的信号PWM并置。在这种情况下，3位LUT0输出信号P和3位LUT1输出信号N具有相同的PWM信号占空比。当T2是否HI输出信号P和N与OUT P和OUT N相同，如果T2和T1信号都是低的，PWM信号总是低的，输出P和N也总是低的。

这组块使PWM输出信号控制使用T1和T2．经过初始的128 μ s LO信号后，两个PWM输出均有较小的占空比，直到T2信号上升到高电平。一个T2信号上升到高逻辑水平会发生在启动操作640µs后，或在T上升沿后512µs后1信号。

PWM输出信号

PWM输出信号P和N驱动输出引脚。它们通过两个启用块，2bit-LUT0和2bit-LUT1。当关机信号低时，这些块使输出信号生效。当关机信号是高输出将总是低。SHUTDOWN信号是PIN2的输入信号。This pin is configured with a pull-down of 1 MΩ and is used to put all the circuit into a low power mode. When SHUTDOWN is high the oscillator is put in low power mode and Pipe Delay block is reset. This procedure guarantees the application of start-up logic after SHUTDOWN signal falling, turning on the circuit again. The block 3bit-LUT3 is used to enable Pipe Delay counting only after the rising of POR signal and when SHUTDOWN signal is low.

pin8和pin7是输出分别从2位LUT1和2位- lut0接收PWM信号，驱动两个晶体管Q1和问2．pin6、pin4、pin3配置为输出，接收信号T1T2和运动。这些信号仅用于测量启动信号。

测量

测试板模块的输入电压为5V，并用示波器测量控制信号。

图8显示了电路稳态运行时的互补输出PWM。测量的PWM频率为252.5 kHz，接近预期的250 kHz频率。

图9显示测量电路死区时间间隔。游标1和游标2之间的差值约为200纳秒，接近预期值222纳秒。

Q漏极上的电压1和问2MOSFET如图10所示。当MOSFET导电时，电压很低。漏极MOSFET中的电压是V的两倍在当它关闭时，由于电压反射在初级上。

在启动过程中，控制产生占空比降低的PWM。可以看到图11．图12显示了T上升沿后占空比的变化2信号。在第一个PWM周期中，晶体管的On时间测量为320纳秒。

用10KΩ电阻与1KΩ电阻并联测量变换器输出电压和输入电流。测量电压为5.89伏，输入电流为15.7 mA，如图所示图13．

在负载120Ω电阻的情况下，测量了输出电压和输入电流。所测电压为5.18伏(输出电流几乎为44 mA)，输入电流为64.4 mA，如图所示图14．

还测量了电路关闭时的输入电流，达到了5.7µA的电流，如图所示图15．关闭电流的最重要的部分是来自1 MΩ下拉电阻的存在。

结论

本文介绍了如何实现一个低功耗、小因素的DC/DC推挽变换器GreenPAK集成电路的主要优点是GreenPAK在其他解决方案之上是可编程延迟块的存在。这个模块使得死时间插入逻辑的设计非常简单。有趣的是，我们可以看到如何使用管道延迟块和关闭模式控制来添加个性化的启动序列。虽然这个电路被设计为在5伏的电源电压下工作，但它也可以在3伏的电源电压下工作。对电源电压的唯一限制是mosfet的阈值电压和最大IC电源电压。