低成本隔离式3.3V到5V DC/DC转换器的分立设计
隔离式 3.3v 到 5v 转换器通常用于远距离数据传输网络，这种网络中总线节点控制器由一个 3.3v 电源工作以节省电量，而总线电压为 5v，以保证在远距离传输过程中的信号完整性并提供高驱动能力。尽管市场上已经有了 3.3v 到 5v 转换的隔离式 dc/dc 转换器组件，但集成的 3.3v 到 5v 转换器仍然很难找到。即使找到，这些特定的转换器（特别是那些具有稳定输出的转换器）通常都有较长的产品交付时间、价格相对昂贵并且一般都有一定的隔离电压限制。
如果应用要求 2 kv 以上的隔离电压、60% 以上的转换器效率或者标准组件可靠的有效性，那么分立设计就是一种能够替代集成组件的低成本方案。分立 dc/dc 转换器设计的缺点是需要做大量的工作——选择稳定的振荡器结构和先断后通电路，选择可以通过标准逻辑门有效驱动的mosfet，适宜实施温度和长期可靠性测试。所有这些努力都要花费时间和资金。因此，在仓促进行这样一个计划以前，设计人员应该考虑到下列事项：集成组件通常已通过温度测试，并且拥有其他工业资质。这些组件不仅仅是最可靠的解决方案，而且还拥有较快的上市时间。
不稳定输出转换器每 1000 片的起售定价一般为 4.50 到 5.00 美元，而稳定输出的转换器通常为此价格的两倍，大约为 10.00 美元或更高。因此，合理的做法是购买具有不稳定输出的转换器，或者利用降压电容对输出进行缓冲，或者将其送入低成本、低压降稳压器 （ldo），例如：ti 的 tps76650。
图 1 所示的分立 dc/dc 转换器设计仅使用了一些现有的标准组件（例如：逻辑 ic 和 mosfet 等），服务于变压器驱动器，以及一个用于稳定输出电压的ldo。该电路使用许多通孔组件制成样机，从而使其比集成组件的体积要大，但是由于使用ti的little logic™器件，板空间得到了极大缩减。
这种设计的主要好处是较少的材料清单 （bom），以及为 1 到 6 kv 范围隔离电压选择隔离变压器的自由度。我们的目标是：通过使变压器驱动器级为稳定输出全集成 dc/dc 转换器和独立变压器驱动器提供一款低成本的替代方案。
图 1 隔离式 3.3v 到5v 推拉式转换器
工作原理
低成本、隔离式 dc/dc 转换器一般为推挽式驱动器类型。工作原理非常简单。带推挽输出级的方波振荡器驱动一个中心抽头变压器，其输出经过整流，可以稳定或非稳定 dc 形式使用。一个重要的功能性要求是方波必须具有 50% 占空比，以确保变压器铁心对称磁化。另一个要求是磁化电压 （e） 和磁化时间 （t） 的乘积（称作 et 乘积，单位为 vμs），不得超出由其厂商规定的变压器典型 et乘积。我们还必须紧挨振荡器安装使用先断后通电路，以防止推挽输出级的两个变压器铁芯柱同时导电从而引起电路故障。
分立设计
著名的三反相门振荡器由 u1a、u2a 和 u2b 组成，选择它是因为它在供电波动方面较为稳定。通过一个 100-pf 陶瓷电容器（cosc）和两个 10-kω 电阻器（rosc1 和 rosc2），它的正常频率被设定为 330khz。在 3.0-v 到 3.6-v 电源电压波动范围内，振荡器拥有接近 50% 的占空比，以及低于 ±1.5% 的最大频率波动。图 2 显示了 rosc1 和 rosc2 （tp1） 相加点和振荡器输出 （tp2） 处的波形。所有电压均为参考电路基准电压测得。
图 2 tp1 和 tp2 的振荡器波形
施密特触发电路 nand 栅极（u1c、u1d）实现先断后通功能，以避免 mosfet 导通阶段交叠。其他两个nand门（u2c，u2d）配置为反相缓冲器，从而产生驱动 n 通道 mosfet（q1、q2）必需的正确信号极性。图 3 显示了完整的先断后通动作。为了适应标准逻辑门的有限驱动能力，我们选择了 mosfet，因为其较低的总电荷和较短的响应时间。
图 3 先断后通波形
隔离变压器 （t1） 拥有 2：1 的次级对初级匝数比、0.9 mh 的初级线圈电感，以及 3kv 的保证隔离电压。图 4 显示了变压器的输入和输出波形。
图 4 变压器波形
两个二极管（d1、d2）均为快速肖特基整流器，在满负载电流条件下（200 ma 时 vfw 《 0.4 v）提供低正向电压的同时进行全波整流。从这些二极管后面的降压电容器 （cb3） 直接获得输出电压是可能的。这种情况下，输出不稳定，但具有 dc/dc 转换器的最大效率。然而，设计人员必须保证不超出受影响电路的最大电源电压，其在低负载或开路状态下时较容易发生。如果最小负载条件下的非稳定输出电压过高，则必需在全波整流器之后使用一个线性稳压器，以提供稳定的输出电源电压。
线性稳压器的主要好处是低纹波输出。其他好处还包括短路保护和超温关闭。但是，主要缺点是效率非常低。
图 5 显示了 4.93 v 输出电压条件下图 1 所示电路的纹波，而图 6 将该电路的效率同具有稳定输出的集成 dc/dc 组件进行了对比。
图 5 vout=4.93v 时的输出纹波
图 6 效率对比
下表提供了分立式dcdc转换器的bom。请注意，旁路电容器值大于常用于一些低速应用的 10 nf。这是由于高速 cmos 技术（例如：ahc、ac 和 lvc 等）具有高动态负载，因此旁路电容器值必须为 0.1 μf 或者更高以保证正常运行。这对驱动 mosfet 的反相缓冲器特别重要，其旁路电容器值为 0.68 μf。
结论
不存在电路板空间限制的情况下，具有稳定输出的隔离式 3.3-v 到 5-v dc/dc 转换器离散设计可以成为稳定输出集成 dc/dc 组件的一款现实低成本代替方案。离散设计的主要好处是可以自由选择隔离变压器，以满足各种隔离电压要求。
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