BJT против MOSFET для обратноходового преобразователя с очень низким энергопотреблением

Я недавно закончил подобную конструкцию. Сейчас мы находимся на этапе подготовки к производству, уже проверив первые прототипы, которые отлично работают при тех же ограничениях, что и те, которые вы описываете в своем вопросе. Из-за ограничений прав интеллектуальной собственности я могу дать вам только некоторые общие рекомендации.

На основании следующих предположений:

• Вы всеми способами пытаетесь избежать использования трансформатора (что может быть и не так),
• Требования к мощности нагрузки находятся в диапазоне милливатт,
• Вы не хотите сначала повышать напряжение питания, но будете использовать 2 В постоянного тока непосредственно для питания вашего обратноходового блока.
• Вам необходимо свести стоимость и пространство на печатной плате к абсолютному минимуму.

Я предлагаю следующий подход:

1. Исключите МОП-транзистор и используйте быстродействующий высоковольтный биполярный транзистор (рассчитанный как минимум на 200 В, а еще лучше на 300 В).
2. Выберите наиболее подходящий индуктор для ваших ограничений и в зависимости от ваших требований к максимальной мощности, подаваемой на нагрузку.
3. Рассчитайте максимальное напряжение обратного хода и убедитесь, что вы можете получить «пики» напряжения обратного хода более 200 В. Здесь задействованы следующие параметры: ILpk (пиковый ток дросселя), Cts (общая сумма паразитных емкостей в обратноходовом узле) и СКОРОСТЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ BJT.
4. Последнее чрезвычайно важно и редко упоминается в технической литературе. У вас может быть большой ILpk и очень маленький Cts, но если ваша скорость переключения (выключения) недостаточно высока, пострадает обратноходовое напряжение. Напоминание: Vflyback = -L * dI/dt.

Вышеупомянутое может быть реализовано с помощью:

1. Простой (одиночный) индуктор или
2. Связанный индуктор 1:1.

По-видимому, с точки зрения расчетных уравнений нет необходимости в соединении индуктора 1:1, так как одиночный индуктор будет работать точно так же, скорее всего, с менее резонансным устройством. Однако использование катушки индуктивности, связанной 1:1, поможет избежать генерации электромагнитных помех. Я предлагаю использовать катушку индуктивности, связанную 1:1, если вам необходимо сертифицировать конечный продукт по электромагнитным помехам.

** Тем не менее, предыдущие предположения, если вы хотите изучить подход с трансформатором обратного хода, теперь существуют очень хорошие миниатюрные (микромощные) трансформаторы обратного хода SMD. **

Например, эта модель Coilcraft допускает соотношение витков до 1:100 с изоляцией 300 В среднеквадратичного значения между первичной и вторичной обмотками:

http://www.coilcraft.com/lpr6235.cfm

Использование трансформатора - мой предпочтительный вариант. Первичная обмотка будет иметь отвод от центра и подключена к шине 2 В. Транзисторы будут тянуть вниз каждую ногу первичной обмотки по очереди на разумной частоте около 100 кГц. Это превращает ваше первичное напряжение в 8v pp.$^1$.

Если бы соотношение поворотов у вас было 200:8, для меня это звучит не так уж плохо. На выходе будет немного меньше 200 вольт, но небольшая настройка резонанса на вторичной обмотке скоро уладит это.

Вы даже можете привести аргументы в пользу меньшего коэффициента трансформации с помощью диодного умножителя Кокрофта-Уолтона на задней панели, чтобы удвоить или утроить напряжение.

Для этого подойдет множество транзисторов, а несколько полевых МОП-транзисторов обеспечивают пороговое напряжение затвора ниже 1 В.

Конечно, вы могли бы посмотреть на микросхему сбора энергии, чтобы дать вам 5 В, а затем использовать переключатель обратного хода от людей, таких как линейная технология. Вот довольно полезный девайс от linear tech: -

Приложение 1 работает от источника питания всего 1,2 В и выдает 5 В при токе более 200 мА. Затем это может питать 2-ю цепь, которая может производить до 350 В. Следует, пожалуй, отметить, что внутренний коммутирующий транзистор в этой микросхеме биполярный. Также обратите внимание на использование 2-каскадного диодно-конденсаторного умножителя Кокрофта-Уолтона на выходе 2-го контура.

$^1$Прежде чем кто-то начнет голосовать против 8Vp-p, вам нужно проанализировать, что происходит на первичке. После того, как одна сторона трансформатора будет заземлена, оно повысится до удвоенного напряжения питания (т. е. 4 В) из-за того, что другая сторона трансформатора заземлена другим транзистором. Следовательно, одна сторона имеет 4Vp-p, а другая сторона имеет противофазу 4Vp-p. Чистый эффект 8Vp-p.

Вам не нужны высоковольтные МОП-транзисторы. Для таких больших коэффициентов трансформатор является естественным выбором. Таким образом, на первичной стороне напряжения будут достаточно низкими, чтобы их можно было обрабатывать с помощью полевых МОП-транзисторов малой мощности, что обеспечит более высокий КПД и более простую конструкцию.

Использование BJT, конечно, возможно, и они не потребляют энергию в выключенном состоянии. Управлять BJT от 2V легко. Как правило, BJT будет потреблять немного больше энергии, чем MOSFET, потому что он потребляет некоторую постоянную базовую мощность при включении.

Но проблема с биполярными транзисторами та же - я очень сомневаюсь, что без трансформатора возможно поднять напряжение с 1,5В до 200В. Теоретически да, но на практике...