Zvyšující a invertující měniče pro napětí v řádu stovek voltů

Elektronicky řešená komunikace rychle zasahuje do každé oblasti běžného života. Detekce, vysílání a také příjem dat zde vyžaduje celou řadu součástek, mimo jiné také optické snímače, vf struktury MEMS, diody PIN, APD, laserové diody nebo např. D/A převodníky pracující s vyšším napětím. Takové prvky se při své činnosti mnohdy neobejdou bez napětí v řádu několika stovek voltů, takže budeme potřebovat DC/DC měniče vyhovující docela přísným požadavkům, pokud jde o jejich účinnost, rozměry a rovněž i cenu.

Integrovaný obvod LT8365 od společnosti Analog Devices je univerzální, monolitický zvyšující měnič s vlastním 150V/1,5A spínačem, který vhodně nahrává potřebám telekomunikačních systémů s požadavkem na vyšší napětí. Zároveň se ale nebrání ani oblasti přenosné techniky. Výstupy s vyšším napětím přitom pohodlně zajistíme ze vstupů, které mohou klesat až k 2,8 V nebo jindy zase dosahovat až 60 V. Struktura nabídne volitelnou kmitočtovou modulaci v rozprostřeném spektru, díky které lze zmírnit dopady elektromagnetických interferencí, a pamatuje také na spoustu dalších žádoucích vlastností popsaných blíže v dokumentaci [1].

Měniče zobrazené na obr. 1 a obr. 2 slouží k výrobě kladného a záporného napětí pro D/A převodníky pracující s vyšším napětím, struktury MEMS, vf spínače a stejně tak i operační zesilovače. Na vstupu zde přitom uvažujeme 12 V. Zapojení pracuje v režimu DCM (Discontinuous Conduction Mode) a pro výstupní hladiny +250 V a –250 V zajišťuje celých 10 mA. Účinnost měniče se pohybuje okolo 80 %.

Zvyšování s poměrem větším než 1:40

Jedna z výhod provozu zvyšujícího měniče v režimu DCM spočívá ve schopnosti dosahovat vysokých poměrů nezávisle na střídě. A nejen to. Hodnoty a fyzické rozměry indukčnosti a výstupní kapacity lze dále snižovat, což povede k menším výsledným rozměrům řešení na desce plošného spoje. Zapojení z obr. 3 tak bez potíží zabírá plochu menší než 1 cm².

V praxi nás mohou potkat situace, kdy je na vstupu k dispozici pouze zdroj s velmi malým napětím, a přesto jsou vyžadovány docela vysoké výstupní hladiny. Měnič z obr. 3 tak lze použít k buzení různých lavinových fotodiod, diod PIN a dalších součástek s požadavkem na vyšší předpětí. Zmíněný zvyšující měnič ze vstupního zdroje 3 V zajistí 125 V a na výstupu pokryje odběry až do 3 mA.

Zapojení na obr. 4 rozšiřuje výstupních 125 V až na 250 V. Vstupní napětí 3 V zůstává, přičemž obvod dodává zhruba 1,5 mA. Případů, kdy navzdory malému vstupnímu napětí potřebujeme zajistit podobně vysoké předpětí, nacházíme v oblasti telekomunikační techniky celou řadu.

Kam až lze zajít?

V případě požadavku na skutečně velká napětí, ať již kladná, či záporná, může zvyšující měnič využívat násobiček a navýšit přitom výstup dvojnásobně, trojnásobně, nebo ještě více. Zapojení z obr. 1 a obr. 2 ukazují, jak zdvojnásobit napětí v obou směrech, kladné i to záporné. Třístupňový zvyšující měnič na obr. 5 pak při uvážení vstupního zdroje 12 V zajišťuje 8 mA a 375 V.

Je však potřeba vzít v úvahu, že s rostoucím napětím na výstupu musí dosažitelný proud zátěží klesat. Možnosti spínače se totiž nemění. Jednostupňový měnič navržený kupříkladu tak, aby pokryl 20 mA, bude po přidání druhého stupně dodávat proud jen okolo 10 mA. Budeme-li tedy uvažovat další stupně, je potřeba vždy zajistit, aby špičkový proud tekoucí spínačem nepřekročil příslušný limit.

Jednoduché snímání výstupního napětí

Pro účely snímání napětí na výstupu stačí obvodům LT8365 jediný vývod FBX. Bez ohledu na polaritu výstupu zde připojíme jednoduchý odporový dělič, přesně jak to vidíme na všech obrázcích v tomto článku.

Závěr

Obvody LT8365 [1] nahrávají aplikacím, které vyžadují kompaktně řešené a také účinné zvyšování napětí na docela vysoké úrovně, zatímco vstupní hladiny mohou dosahovat pouhých 2,8 V. Takové požadavky nejsou v oblasti telekomunikací ničím neobvyklým. Integrované prvky rovněž poslouží v invertujících měničích a oblíbených topologiích, jako je např. CUK a SEPIC. LT8365 dostaneme v malých, 16vývodových pouzdrech typu MSOP s posíleným teplotním rozsahem.