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1、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
2、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一一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MOSFE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
3、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 TPS76650O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6kV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
4、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Vps）， 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
5、较为稳定。通过一个100-pF陶瓷电容器（COSC）和两个10-kQ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。TP1(Msum)TP2(Vo sc)Time (1 ps/div)图2 TP1和TP2的振荡器波形施密特触发电路NAND栅极（Ulc、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
6、置为反相缓冲器，从而产生驱动N通 道MOSFET（Ql、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 。活UEUJ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 pF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 pF。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。
