Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych

ghost666 28 Mar 2020 10:09 1011 1
  • Dziedzina łączności elektronicznej szybko rozszerza się na każdy aspekt zwykłego życia. Wykrywanie, transmisja i odbiór danych wymagają szerokiej gamy urządzeń, takich jak czujniki optyczne, systemy RF, urządzenia MEMS, diody PIN, APD, diody laserowe i przetworniki cyfrowo-analogowe wysokiego napięcia, żeby wymienić tylko kilka. W wielu przypadkach urządzenia te wymagają do pracy napięć zasilających rzędu nawet kilkuset woltów, co wymaga stosowania przetwornic DC/DC, które spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności, zajmowanej przestrzeni i kosztów aplikacji.

    Układ scalony LT8365 firmy Analog Devices to wszechstronna monolityczna przetwornica impulsowa podwyższająca napięcie, która integruje w swojej strukturze klucz o napięciu pracy do 150 V przy prądzie do 1,5 A. Dzięki temu idealnie nadaje się do zastosowań wysokonapięciowych w systemach komunikacji, w tym także w urządzeniach przenośnych. Zasilanie wysokiego napięcia można łatwo generować z wejść o napięciu zaledwie 2,8 V (do nawet 60 V). Układ ten posiada opcjonalną możliwość modulacji klucza sygnałem z rozproszonym widmem, co może pomóc w redukcji poziomu generowanych zakłóceń elektromagnetycznych. Układy te posiadają również wiele innych popularnych funkcji, które typowo implementuje się w przetwornicach DC/DC.

    Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych
    Rys.1. Dwustopniowa przetwornica
    podwyższająca napięcie wejściowe (12 V)
    do 250 V.
    Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych
    Rys.2. Dwustopniowa przetwornica
    odwracająca, konwertująca napięcie
    wejściowe (12 V) do -250 V.
    Przetwornice pokazane na rysunku 1 oraz rysunku 2 zostały zaprojektowane do generowania dodatnich i ujemnych szyn zasilania dla przetworników DAC wysokiego napięcia, układów MEMS, przełączników RF i wzmacniaczy operacyjnych wysokiego napięcia. Oba te układy zasilanie mogą być ze źródła napięcia 12 V. Przetwornice te pracują w trybie nieciągłego przewodzenia (DCM) i dostarczają aż 10 mA prądu wyjściowego przy napięciu wyjściowym, odpowiednio, 250 V i –250 V przy sprawności konwersji na poziomie około 80%.

    Stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego nawet powyżej 1:40

    Jedną z korzyści działania w trybie DCM w przetwornicy podwyższającej napięcie jest możliwość osiągnięcia wysokiego współczynnika zwiększenia napięcia, niezależnie od wypełnienia impulsów kluczujących. Ponadto, dzięki wykorzystaniu trybu DCM, można zmniejszyć wartości i rozmiary fizyczne cewki i kondensatora wyjściowego, co prowadzi do mniejszego całkowitego rozwiązania problemu na płytce drukowanej. Obwód na rysunku 3 może łatwo zmieścić się w obszarze mniejszym niż jeden centymetr kwadratowy.

    Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych
    Rys.3. Przetwornica konwertująca
    napięcie 3 V do 125 V.
    Istnieją sytuacje, w których dostępne jest tylko bardzo niskie napięcie zasilania, a potrzebne jest wysokie napięcie wyjściowe do zasilania specjalizowanych układów. Przetwornica pokazana na rysunku 3 może być wykorzystana do sterowania wieloma fotodiodami lawinowymi, diodami PIN i innymi urządzeniami wymagającymi wysokich napięć polaryzacji. Ta przetwornica podwyższająca napięcie wytwarzać może do 125 V przy zasilaniu napięciem 3 V. Maksymalny prąd obciążenia takiego zasilacza wynosić może do 3 mA.

    Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych
    Rys.4. Dwustopniowa przetwornica
    podwyższająca napięcie z 3 V do 250 V.
    Przetwornica pokazana na rysunku 4 może działać z napięciami wyjściowymi od 125 V nawet do 250 V przy zasilaniu napięciem 3 V. Jej maksymalny prąd wyjściowy wynosi około 1,5 mA. W sektorze telekomunikacyjnym istnieje wiele urządzeń wymagających tak wysokich napięć polaryzacji, które stosuje się w urządzeniach zasilanych bardzo małym napięciem zewnętrznym.

    Jak wysoko i jak nisko można zejść

    Przetwornice z wyjściem wysokiego napięcia do systemów komunikacyjnych
    Rys.5. Trójstopniowa przetwornica
    podwyższająca napięcie
    wejściowe (12 V) do 375 V.
    W sytuacjach, w których potrzebne jest bardzo wysokie napięcie, zarówno dodatnie, jak i ujemne, przetwornica podwyższająca napięcie może wykorzystywać stopnie zwielokrotnienia w celu zwiększenia wyjściowej wartości napięcia dwu- lub trzykrotnie, a nawet więcej. Przetwornice pokazane na rysunku 1 i rysunku 2 pokazują, jak skonstruować układ z dwoma stopniami przetwarzania do generowania dodatniego i ujemnego wysokiego napięcia zasilania. 3-stopniowa przetwornica podwyższająca napięcie, pokazana na rysunku 5 może dostarczać do 375 V przy prądzie wyjściowym do 8 mA przy zasilaniu ze źródła 12 V.

    Należy jednakże pamiętać, że dostępny prąd wyjściowy musi maleć wraz ze wzrostem napięcia wyjściowego, ponieważ zdolność do przełączania klucza zintegrowanego w układzie nie zmienia się. Jako przykład posłużyć może jednostopniowy konwerter przeznaczony do dostarczania 20 mA prądu do obciążenia. Będzie on dostarczał około 10 mA po dodaniu drugiego stopnia przetwarzania, ale możliwe będzie zwiększenie napięcia wyjściowego. W miarę dodawania kolejnych stopni należy zawsze upewnić się, że szczytowy prąd przełączania pozostaje w granicach gwarantowanego limitu dla danego układu.

    Uproszczone wykrywanie napięcia wyjściowego

    Układ LT8365 oferuje dodatkowo pojedynczy pin oznaczony FBX. Jest on dedykowany do wykrywania napięcia wyjściowego. Prosty dzielnik rezystorowy podłączony do pinu FBX wykrywa pojawienie się napięcia na wyjściu, niezależnie od jego polaryzacji. Rozwiązanie to wykorzystano we wszystkich projektach przetwornic zaprezentowanych w powyższym artykule. Taka architektura systemu znacznie upraszcza aplikację tej zintegrowanej przetwornicy w dowolnym urządzeniu.

    Podsumowanie

    Przetwornica LT8365 umożliwia stworzenie kompaktowych zasilaczy, w systemach które wymagają wydajnych źródeł wysokiego napięcia, generowanego z napięć zasilania już od 2,8 V. Sytuacja taka jest powszechna w systemach telekomunikacyjnych itp. Układ ten może być również stosowany jako przetwornica odwracająca oraz w innych popularnych topologiach, takich jak układy typu CUK oraz SEPIC. Układ LT8365 jest dostępny w małej obudowie MSOP z 16 wyprowadzeniami, zoptymalizowanej pod kątem rozpraszania ciepła i chłodzenia tego elementu.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/high-voltage-boost-and-inverting-converters-for-communications.html

    Fajne! Ranking DIY
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9752 postów o ocenie 7920, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • #2
    pawelr98
    Poziom 38  
    A czy nie prościej zastosować cewkę z dzielonym uzwojeniem/autotransformator ?

    Obniża napięcie klucza i pozwala na lepsze parametry za mniejszą cenę.
    Tranzystory o wysokim napięciu przebicia ma wyższe RDSon.

    Maxim ma dokument o takich rozwiązaniach.
    https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN1109.pdf

    Jak widać na wykresie 12 sprawność takiego rozwiązania jest wyższa, bo przekracza 85% i prawie ociera się o 90%.