如何成功設計超寬輸入小功率反激式轉換器

在工業應用和工廠自動化領域存在多種多樣的電源電壓。一般您會發現24伏交流（VAC）電壓、24伏直流（VDC）電壓、110VAC電壓、230VAC電壓，有時也會發現介于它們之間的電壓。由于成本原因，電子設備制造商通常不愿意為每種輸入電壓開發不同的電源。所以，讓我們來看看如何設計一種具有超寬輸入電壓范圍（19至265VAC和19至375VDC）的小功率（在500mW的范圍內）反激式轉換器。

該小功率反激式參考設計需要具備兩路輸出。一個輸出軌提供微控制器與模擬電路（電流為15mA時電壓為5.0V）；另一個輸出軌則在電流為40mA時提供12.0V的電壓以控制繼電器。因為輸入和兩路輸出需要2.5kV的隔離電壓，所以筆者首先想到了結構簡單、廣為人知的反激式轉換器。

圖1展示了這種轉換器 —— 包括輸入濾波器、整流器、啟動電路以及次級側上的控制器線性穩壓器。

圖1：反激式轉換器方框圖

寬輸入電壓范圍不僅對控制器來說是個挑戰，對該變壓器的設計而言也是一大難題。對于小功率應用，反激式轉換器經過設計要能在非連續導通模式（DCCM）下工作，以便實現小的解決方案尺寸，因為耦合電感器的電感也比較小。這種運行模式下的峰值電流比連續導通模式（CCM）下的峰值電流大 —— 但它們仍然相對較小，原因是功率很小。對于較大功率的應用，反激式轉換器則通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是適合該反激式設計的模式，輸出功率大約為500mW。

為避免在輸入電壓的上限范圍內出現大的開關損耗，開關頻率應相對較低。在該設計中，它被設置為130kHz，以便讓基波低于電磁干擾（EMI）測量的下限150kHz。如果假定該轉換器只在DCCM模式下工作，那么占空比在這樣一個范圍內：從70％直到4％（匝數比為3.58：1,750μH的初級電感）。為了減少組件應力，您應該通過讓匝數比保持不變并將初級電感變為4mH來增加最小占空比?，F在，對于低輸入電壓，該轉換器在CCM模式下運行；對于高輸入電壓，該轉換器則在DCCM模式下運行。