擴(kuò)展升壓穩(wěn)壓器輸入、輸出電壓范圍的級(jí)聯(lián) MOSFET
可以在電路中外接一個(gè)擊穿電壓高于穩(wěn)壓器的晶體管,就能擴(kuò)展升壓穩(wěn)壓器的輸出電壓范圍。但是,典型升壓穩(wěn)壓器控制電路的內(nèi)部設(shè)計(jì)往往不允許直接驅(qū)動(dòng)外接晶體管的基極或柵極。所以我們用一種變通方法,即將高電壓晶體管外接成級(jí)聯(lián)方式。
大多數(shù)升壓穩(wěn)壓器都有峰值電流控制方法,以降低外接元件數(shù)目,從而減小轉(zhuǎn)換器電路占用的整個(gè)印制電路板面積。圖 1 顯示了一款基于 TPS61040 升壓控制器(IC1)的升壓穩(wěn)壓器,它就使用了峰值電流控制。
在 IC1的 VCC腳和電感 L1的一只腳上加上輸入電壓 VIN,使 IC1的內(nèi)部 MOSFET 開關(guān)Q1 導(dǎo)通,于是逐步增加了從VIN通過(guò) L1、Q1和內(nèi)部電流檢測(cè)電阻R1的電流量。當(dāng)電路內(nèi)部的控制器監(jiān)測(cè)到檢測(cè)電阻R1上的電壓并達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)的電流限值時(shí),就關(guān)斷Q1。
流過(guò)L1電流的中斷會(huì)升高電感上的電壓,使二極管D1正偏,D1導(dǎo)通,為輸出電容器C1充電至一個(gè)較高電壓,這個(gè)電壓高于單獨(dú)的輸入電壓。輸入電壓、L1的電感以及通過(guò) R1的預(yù)設(shè)峰值電流都會(huì)影響Q1的導(dǎo)通時(shí)間、IC1的FB(反饋)腳檢測(cè)的輸出電壓,并且其外接元件決定了Q1的關(guān)斷時(shí)間。為了維持運(yùn)行以及設(shè)定Q1的關(guān)斷時(shí)間,IC1的內(nèi)部控制器必須用Q1和R1監(jiān)視通過(guò)L1的電流。
當(dāng)應(yīng)用所需輸出電壓高于內(nèi)部晶體管的擊穿電壓時(shí),可以再接一個(gè)更高電壓的 MOSFET Q2(圖 2)。為保持電路通過(guò) L1 和 IC1 的SW 腳的電流路徑,要將外接晶體管接成級(jí)聯(lián)方式,或采用共柵級(jí)結(jié)構(gòu)。
Q2由一個(gè)低導(dǎo)通電阻、低柵極電壓閾值的 MOSFET 以及Q2柵-源極之間的二極管D2組成。為保證電路的正常運(yùn)行,VCC(本例中為 5V)必須超過(guò)Q2的柵極導(dǎo)通閾值電壓。在工作時(shí),IC1的內(nèi)部控制電路使Q1導(dǎo)通,將Q2源極拉至地電位,5V左右的柵源電勢(shì)使Q2導(dǎo)通。
外接了Q2 以后,電流流經(jīng)電感L1、外接晶體管Q2、內(nèi)部晶體管Q1和檢測(cè)電阻R1,IC1 的控制電路看上去沒有什么不同。當(dāng)電感電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí),Q1關(guān)斷,Q2沒有了源極電流的流通路徑。Q2 漏極電壓快速上升達(dá)到所需輸出電壓與D1 壓降之和。隨著漏極電壓的升高,Q2 的漏-源電容會(huì)將 MOSFET 浮動(dòng)的源電壓拉至5V以上,從而使D2正偏,IC1的SW腳電壓變成5V與一個(gè)二極管壓降之和,并將Q2的源極箝位在相同的電壓上。
圖中是一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器,它從9V電源(V+)為一個(gè)激光電路提供4mA 180V輸出(VOUT)的偏壓。在本應(yīng)用中,5V輸入電源要求能提供足夠的電流(通常在數(shù)毫安量級(jí)),驅(qū)動(dòng) IC1的內(nèi)部邏輯和級(jí)聯(lián)MOSFET Q2的柵極??梢杂靡恢Ы祲弘娮韬妄R納二極管穩(wěn)壓器(圖中未顯示)從9V獲得需要的5V電源??梢杂靡粋€(gè)公共電源驅(qū)動(dòng)電感和IC1,也可以用一個(gè)不超出 Q2額定擊穿電壓的獨(dú)立電源驅(qū)動(dòng)電感和IC1。級(jí)聯(lián)電路也可以產(chǎn)生不超出Q2額定擊穿電壓值的任何輸出電壓。其它元件則選用相應(yīng)的額定電壓,例如,電感L1和電容C1的額定擊穿電壓應(yīng)大于要求的輸出電壓值。
評(píng)論