詳解采用光電耦合器的可變高壓電源設計

        現在市面上可以看到很多0V～30V或60V可調直流輸出范圍的電源，但高于60V的電源則很少。本設計實例可提供這樣一個解決方案。

        現在有很多固定電壓開關模式電源（SMPS），將幾個這樣的電源串聯起來還可實現更高的固定電壓。為了從SMPS或基于傳統變壓器的電源獲得可調輸出，需要用到線性調節器或開關模式降壓轉換器。對于降壓轉換器，可使用MOSFET或IGBT作為開關元件。

        通常，高側開關會使用自舉IC或脈沖變壓器。市場上很少有驅動MOSFET的光電耦合器。由于它們無法提供足夠的電流來對柵極電容快速充電，這些光電耦合器主要用于驅動低頻MOSFET開關，例如固態繼電器。

        這里嘗試在開關穩壓器中使用了光電耦合器（VOM1271），該耦合器具有一個內置的快速關斷器件。如果將200pF柵極電容連接至IC2，則開關時間（ton與toff）分別為53μs和24μs。有鑒于此，降壓轉換器選擇了2kHz的開關頻率。此處選用了德州儀器（TI）的TL494（IC1）作為脈沖調制控制器。

        考慮到柵極閾值電壓（VGS（th））、總柵極電荷（Qg）、漏源電壓（VDS）及漏極電流（ID）等因素，本例使用了AOT7S60MOSFET作為開關元件。由于VOM1271能夠提供約8.4V的電壓，VGS（th）應遠低于該值；Q1的VGS（th）為3.9V，當電壓為8.4V時，可實現良好的導通性能。IC2無法提供更多電流（通常為45μA）。為確保開關速度并降低開關損耗，柵極電荷應保持低值。MOSFET的Qg為8.2nC。

        可以看到，盡管toff足夠快，但ton仍約為80μs。對于許多開關應用來說，這個開啟過程是較慢的。若將開關頻率設置為2kHz，應該不會導致太多開關損耗，對于PWM占空比較大的負載條件來說更是如此。

        盡管L1的值小于輸入電壓范圍的計算值，但當負載為80Ω～230Ω時，紋波可達80mV～120mVP-P。當輸出電壓為70V且負載為230Ω時，紋波為80mVP-P。相同工作條件下，電壓調整率為0.75%。盡管效率隨工作條件而變化，但在VOUT=70V及IOUT=0.3A時，測得的效率為92%。隨著輸出電流的減小，效率也會降低。