SN6507低噪声推挽变压器驱动器技术解析

描述

Texas Instruments SN6507/SN6507-Q1低辐射36V推挽式变压器驱动器是一款高压、高频推挽式变压器驱动器,以小尺寸解决方案提供隔离电源。SN6507/SN6507-Q1具有推挽式拓扑结构的简单性、低EMI和磁通消除等优点,可防止变压器饱和。该器件采用占空比控制技术来减少宽输入范围的元件数量,同时选择高开关频率来缩小变压器尺寸,从而进一步节省空间。。

数据手册:

*附件:SN6507数据手册.pdf

*附件:SN6507-Q1数据手册.pdf

TI SN6507/SN6507-Q1推挽式变压器驱动器集成了控制器和两个异相切换的0.5A NMOS电源开关。其输入工作范围通过精密欠压锁定进行编程。保护特性包括过流保护 (OCP)、可调节欠压锁定 (UVLO)、过压锁定 (OVLO)、热关断 (TSD) 和先断后通型电路。可编程软启动 (SS) 可最大限度地减少浪涌电流,并为满足关键的上电要求提供电源时序。展频时钟 (SSC) 和引脚可配置的可扩展压摆率控制 (SRC) 进一步降低了辐射,以满足超低EMI要求

SN6507/SN6507-Q1采用10引脚HVSSOP DGQ封装,工作温度范围为–55°C至125°C。SN6507-Q1器件符合汽车应用类AEC-Q100标准。

特性

  • 用于隔离变压器的推挽式驱动器
  • 宽输入电压范围:3V至36V
    • 输入电压容差高达60V
    • 用于线路调节的占空比控制
  • 0.5A开关,具有可编程电流限制
  • 宽开关频率范围:100kHz至2MHz
    • 兼容小尺寸变压器
    • 可编程开关频率
    • 外部时钟同步选项
  • 低噪声和低辐射
    • 对称推挽式拓扑
    • 展频计时
    • 引脚可配置转换率控制
  • 保护特性
    • 可调欠压闭锁 (UVLO)
    • 可编程过流保护 (OCP)
    • 过压闭锁 (OVLO)
    • 热关断 (TSD)
  • 宽温度范围:-55°C至125°C
  • 可编程软启动,可降低浪涌电流
  • 10引脚HVSSOP (DGQ) 封装,带散热焊盘

框图

推挽式

简化示意图

推挽式

SN6507低噪声推挽变压器驱动器技术解析

一、产品概述

SN6507是德州仪器(TI)推出的一款高性能推挽式变压器驱动器,专为隔离电源设计优化。该器件具有3V至36V的宽输入电压范围,集成了两个0.5A NMOS功率开关,开关频率范围100kHz至2MHz可编程,采用10引脚HVSSOP封装并带有散热焊盘。

关键特性‌:

  • 低EMI设计:对称推挽拓扑、扩频时钟、引脚可配置压摆率控制
  • 保护功能完善:可调欠压锁定(UVLO)、可编程过流保护(OCP)、过压锁定(OVLO)、热关断(TSD)
  • 工作温度范围宽:-55°C至125°C
  • 可编程软启动减少浪涌电流
  • 占空比控制实现线路调节

二、核心功能解析

2.1 推挽转换器架构

SN6507采用经典的推挽转换器设计,通过两个互补输出的NMOS晶体管交替导通驱动变压器初级绕组。器件内部集成:

  • 振荡器电路(可外部同步)
  • 带死区时间的Break-Before-Make逻辑
  • 栅极驱动电路
  • 两个0.5A功率MOSFET

工作特点‌:

  • 开关频率可通过CLK引脚电阻编程(100kHz-2MHz)
  • 典型死区时间70ns防止直通
  • 默认占空比48%,可通过DC引脚调节

三、典型应用设计

3.1 电源方案设计

固定输入应用‌(如24V±2%)

  1. 将EN/UVLO直接连接VCC实现自启动
  2. CLK引脚通过9.6kΩ电阻接地设置1MHz开关频率
  3. DC引脚悬空使用默认占空比
  4. 输出侧使用LDO获得精确电压

宽输入范围应用‌(如18V-30V)

  1. 通过电阻分压网络设置UVLO阈值
  2. 启用占空比控制功能(DC引脚接240kΩ电阻)
  3. 输出侧需增加电感(最小8.75μH@1MHz)
  4. 变压器匝比建议1.38:1

3.2 关键元件选型

变压器选择‌:

  • 计算最小V-t乘积:7.7Vμs(宽输入)/16.9Vμs(固定输入)
  • 推荐型号:Wurth 750319696(24V→15V)、Coilcraft TX1-ZB1445-CE(12V→15V)

二极管选择‌:

  • 选用低VF、低CT的肖特基二极管
  • 电压额定值需满足:VR > 1.5×2×N×VIN_MAX
  • 推荐型号:BAT165E6327HTSA1(高效)、PMEG200G20ELRX(低EMI)

LDO选择‌:

  • 电流能力应略高于负载电流(如200mA负载选200-300mA LDO)
  • 注意考虑dropout电压随温度的变化

四、PCB布局指南

  1. 电源去耦‌:
    • VCC引脚放置100nF陶瓷电容(距引脚<2mm)
    • 变压器中心抽头接10μF电容
  2. 开关节点‌:
    • SW1/SW2至变压器走线尽可能短
    • 采用宽走线降低电感
  3. 散热设计‌:
    • 将GND引脚通过多个过孔连接至地平面
    • 充分利用PowerPAD散热
  4. EMI优化‌:
    • 关键控制信号走线远离开关节点
    • 必要时在次级侧增加缓冲电路

五、性能测试数据

根据数据手册提供的测试结果:

  • 效率:87.5%-90.5%(12V输入,负载0.1-0.5A)
  • 开关频率温漂:±2.5%(-55°C至125°C)
  • 启动时间:300-400μs(无软启动电容时)

六、应用领域

SN6507特别适用于以下应用场景:

  1. 工业系统‌:
    • 太阳能逆变器
    • 电机驱动(IGBT/SiC栅极驱动电源)
    • 工厂/楼宇自动化
  2. 通信隔离‌:
    • CAN/RS-485/RS-422隔离电源
    • 低功耗LAN供电
  3. 医疗设备‌:
    • 医疗仪器隔离电源
    • 患者安全隔离

七、设计注意事项

  1. 软启动电容CSS与输出电容COUT比值应保持1:10以内
  2. 同步模式(SYNC)下占空比控制功能自动禁用
  3. 使用占空比控制时必须确保输出电感工作在CCM模式
  4. 对于低EMI应用,建议:
    • 选择低泄漏电感变压器
    • 使用低EMI二极管
    • 配置较慢的压摆率
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