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針對通訊應用的高壓升壓和反相轉換器

本文作者:Jesus Rosales       點擊: 2019-10-14 08:01
前言:
電子通訊領域正迅速地擴展到日常生活的各個方面中。檢測、傳輸和接收資料都需要使用大量的元件,例如光纖感測器、RF MEMS、PIN二極體、APD、鐳射二極體、高壓DAC等等。在許多情況下,這些元件需要幾百伏的電壓才能運行,因此需要使用DC-DC轉換器,以滿足嚴格的效率、空間和成本要求。

ADI的LT8365是一個多用途單晶片升壓轉換器,其整合了一個150 V、1.5 A切換開關,因此特別適用於通訊領域中包括可攜式元件在內的高壓應用。元件可以輕鬆地從低至2.8 V和高至60 V的輸入中產生高壓輸出,且具備可選的展頻功能,可以幫助消除EMI,還有許多其他常用的特性,具體資訊請參見產品資料手冊。圖1和圖2所示的轉換器被用於從12 V輸入源為高壓DAC、MEMS、RF切換開關和高壓運算放大器提供正壓和負壓電軌。這些轉換器在斷續導通模式(DCM)下運行,提供最高10 mA電流,以及+250 V和–250 V輸出電壓,轉換效率約為80%。
 
升壓比 > 1:40
在升壓轉換器中實施DCM運行的一個優勢在於:不論工作週期多高,都能夠實現高升壓比。此外,電感和輸出電容的值和物理尺寸都可以進而減小,從而減小PCB上所使用的解決方案的整體尺寸。圖3所示的電路可以輕鬆部署到小於1 cm2的空間內。
 

圖1.12 V輸入到250 V輸出的2級升壓轉換器。
 

圖2.12 V輸入到–250 V輸出的2級反相轉換器。
 

圖3. 3 V輸入到125 V輸出的升壓轉換器。

在有些情況下,可用的輸入源的電壓可能非常低,但卻需要高輸出電壓。此時,可以使用圖3所示的轉換器來驅動多個雪崩光電二極體、PIN二極體,以及其他需要高偏置電壓的元件。這些升壓轉換器可以從3 V輸入產生125 V輸出,負載電流最高3 mA。

圖4所示的轉換器利用3 V輸入,將125 V輸出提升到250 V輸出,且支援約1.5 mA電流。在通訊領域中,有許多元件都需要從低輸入電壓源中獲得這麼高的偏置電壓。
 
到底可以達到多高或多低?
在需要極高電壓的情況中,無論是正電壓或負電壓,升壓轉換器都可以使用多級來將輸出升高至2倍、3倍,甚至更多。圖1和圖2中所示的轉換器展示在兩個方向(正電壓和負電壓)如何將開關電壓翻倍。圖5中所示的3級升壓轉換器可以從12 V輸入生成8 mA、375 V輸出。
 
注意:可用的輸出電流必須隨著輸出電壓上升而下降,這是因為開關電流能力沒有改變。例如,用於提供20 mA電流的單級轉換器在添加第2個級時,會提供約10 mA電流。添加更多級時,始終確保峰值開關電流始終位於可保證的開關限流值範圍內。
 
輸出電壓檢測得到簡化
LT8365提供單個FBX針腳來檢測輸出電壓。如本文中所示的所有示意圖一樣,其由連接到FBX針腳的簡單電阻分壓器來檢測輸出電壓,無論輸出極性為何。
 
結論
LT8365支援需要對低至2.8 V的輸入電壓實施精小、高效、高輸出電壓升壓轉換的應用,這在通訊領域是非常常見的。它也可以用作反相轉換器,在常用的拓撲中,則可用作(例如)CUK和SEPIC轉換器。LT8365採用小型散熱增強16針腳MSOP封裝。

圖4.3 V輸入到250 V輸出的2級升壓轉換器。
 

圖5.12 V輸入到375 V輸出的3級升壓轉換器。
 

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