应用笔记 1198

利用成品变压器抑制电容浪涌电流

在许多应用中需要向高压电容中存储能量,如射线传感器、脉冲激光器、粒子发生器和汽车直接燃料喷射系统。最后一种情况中,当燃料喷射器将燃料直接喷射到汽车的燃烧室中时要对电容进行放电。对于这种应用,速度和控制要求可利用一个标准的、廉价的变压器来实现。

电容必须在每个循环周期迅速进行充电,但以受控的方式降低电子系统的噪声和电压瞬变。选择电路元件时,充电波形的控制允许对其成本/性能进行仔细的折中考虑。

一种低成本的成品6绕组变压器(图1)可被用来抑制电容的浪涌电流,不需要额外的反馈和控制电路,而且没有传统的浪涌电流抑制器所带来的效率损失。T1被配置为自耦变压器结构,其中三个绕组并联构成初级,连接于VIN和MOSFET漏极之间,其余三个绕组串联构成VIN和D2间的次级。匝数比为1:4。

图1. 该升压转换器中的自耦变压器抑制了流入放电电容的浪涌电流,允许采用更小的电容,并且降低了对于MOSFET额定电压的要求。
详细图片

图1. 该升压转换器中的自耦变压器抑制了流入放电电容的浪涌电流,允许采用更小的电容,并且降低了对于MOSFET额定电压的要求。

当升压型DC-DC控制器(IC1)的反馈端检测到电容电压跌落时,控制器打开MOSFET,使初级绕组中的电流上升,增加变压器磁芯中的磁通。当电流到达由检流电阻(R3)设定的3.3A门限时,IC1关闭MOSFET,关断电流。

根据楞次定律,变压器将产生一个浪涌电压并向输出二极管送出电流以抵抗磁通的瞬态变化。在变压器次级所产生的电流为ISEC = IPRI/N = 3.3A/4 = 0.83A。这样,变压器对于由输出二极管到放电电容的峰值瞬态电流产生了75%的抑制。它同时使MOSFET的最大漏极电压降低75%。

对于次级绕组瞬态电流75%的抑制同比例地降低了最大平均输出电流,从而限制了浪涌充电电流。结果是一个经过良好控制的充电斜线(图2)。对于电容ESR值要求的降低,允许采用一个30µF的聚脂薄膜电容以节省空间和成本。MOSFET漏极最大电压的降低,允许使用具有更低RDS(ON)、更为廉价的60V MOSFET,提高了效率。

图2. 通过将瞬态峰值输出电流限制到初级电流的25%,图1中的自耦变压器抑制了电容充电期间的浪涌电流,产生一个良好控制的斜升特性。
图2. 通过将瞬态峰值输出电流限制到初级电流的25%,图1中的自耦变压器抑制了电容充电期间的浪涌电流,产生一个良好控制的斜升特性。

类似观点的文章发表在1998年6月22日的Electronic Design。