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當反激式轉換器達到極限......

analog_devices ? 來源:未知 ? 2022-11-16 21:15 ? 次閱讀

電氣隔離電源被廣泛用于各種應用。其原因有很多。在有些電路中,出于安全考慮,必須實施電氣隔離。在其他電路中,則使用功能性隔離來攔截信號受到的干擾。
電氣隔離電源設計一般采用反激式轉換器這些調節器的設計非常簡單。圖1所示為這類調節器的典型設計,其中采用了一個 ADP1071 反激式控制器之所以能看出這是一個反激式轉換器,是因為它的點和變壓器并不匹配。其中采用了原邊電源開關(Q1)。此外,也需要采用副邊整流器電路。這可以采用肖特基二極管來實現,但為了獲得更高效率,一般會使用一個有源開關(圖1中為Q2)。對應的ADP1071控制器負責控制這些開關,并為反饋路徑FB提供電氣隔離。


圖 1. 典型的反激式穩壓器(反激式轉換器),功率最高可達約 60 W 。


雖然反激式轉換器極為常用,但這種拓撲存在實用局限性。圖1中的變壓器T1并未作為典型的變壓器使用。當Q1處于開啟狀態時,不會有電流流經T1的次級繞組。初級電流的電能幾乎全部存儲在變壓器線圈中。降壓轉換器在扼流圈(電感)中存儲電能,反激式轉換器采用與之類似的方式在變壓器中存儲電能。當Q1處于閉合狀態時,T1的次級會形成電流,為輸出電容COUT和輸出提供電能。這種概念很容易實現,但在更高功率下概念本身存在局限。變壓器T1被用作儲能元件。所以,該變壓器也能稱為耦合電感(扼流圈)。這就要求變壓器存儲所需的電能。電源的電能等級越高,需要的變壓器體積越大,成本越高。在大部分應用中,功率上限約為60 W。


如果需要使用電氣隔離電源來獲取更高功率,那么正向轉換器是一個不錯的選擇。概念如圖2所示。在這里,變壓器真正用作典型變壓器。當電流流過初級的Q1時,次級也會形成電流。所以,變壓器無需具備儲能作用。事實上,反過來也是成立的。必須確保變壓器始終在Q1閉合期間放電,以免它在幾個周期后意外達到飽和。


圖 2. 反激式控制器(正向轉換器),功率最高可達約 200 W 。


如果是實現相同功率,正向轉換器所需的變壓器體積比反激式轉換器所需的體積小。所以,即使在功率等級低于60 W時,正向轉換器也非常實用。但存在一個缺點,即必須避免變壓器線圈在每個周期無意地存儲電能,這應由圖2中開關Q4和電容C C 的有源箝位布線實現。此外,正向轉換器一般要求在輸出端采用額外的電感L1。但是,如此之后,在同等功率水平下,輸出電壓的紋波會比使用反激式轉換器時低。


電源管理IC(例如來自ADI的ADP1074)提供了一個非常緊湊的正向轉換器設計解決方案。當需要高于約60 W的功率水平時,通常會使用這種結構。低于60 W時,根據電路的復雜性和可實現的效率,采用正向轉換器也是比采用反激式轉換器更好的選擇。為了更簡單地確定使用哪種拓撲,建議使用免費電路模擬器LTspice模擬仿真。圖3所示為在LTspice模擬環境下,ADP1074正向轉換器電路的模擬仿真原理圖。


圖 3. LTspice中模擬的采用 ADP1074 的電路示例。




ADP1074
  • 電流模式控制器,實現有源鉗位正激式拓撲

  • 集成5 kV(寬體SOIC封裝)或3.0 kV(LGA封裝)電介質額定絕緣電壓,采用ADI公司iCoupler專利技術

  • 寬電源電壓范圍

    • 主面VIN:高達60 V

    • 輔面VDD2:高達36 V

  • 用于電源開關和有源鉗位復位開關的集成1 A主面MOSFET驅動器

  • 用于同步整流的集成1 A輔面MOSFET驅動器

  • 集成誤差放大器和<1%精密基準電壓

  • 編程斜率補償

  • 可編程頻率范圍:50 kHz至600 kHz(典型值)

  • 頻率同步

  • 可編程最大占空比限值

  • 可編程軟啟動

  • 從預充電負載開始平穩啟動

  • 可編程死區時間

  • 使用MODE引腳的省電輕負載模式




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