為了確保符合所有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，電信應(yīng)用隔離電源的設(shè)計(jì)人員需要考慮某些事實(shí)：輸入電壓從來(lái)不是來(lái)自市電的 110V 或 220V，而是鉛酸電池（-12V、-24V 或 -48V）的較低電壓，通過(guò)市電整流充電（圖 1）。（電池在主電源發(fā)生故障時(shí)備份電信系統(tǒng)。為了防止離子流引起的腐蝕，輸入電壓始終為負(fù)，正極端子接地。

圖1.在此電信系統(tǒng)中使用的備份架構(gòu)框圖中，電池塊由市電整流器保持充電。在電源故障的情況下，它為系統(tǒng)供電以防止傳輸中斷

ISDN和其他由遠(yuǎn)程電源供電的系統(tǒng)通常以更高的輸入電壓運(yùn)行：高達(dá)120VDC。（線路電阻引起的損耗與電源電流的平方成正比，因此與較高輸入電壓相關(guān)的較低電源電流允許更長(zhǎng)的傳輸線。通過(guò)電纜和本地電源為電信電話供電，此類系統(tǒng)消除了電纜用戶端對(duì)備用電池的需求。因此，如果需要，電纜同時(shí)傳輸傳輸信號(hào)和電源電流（圖 2）。

圖2.在用于小型辦公室或家庭應(yīng)用的ISDN系統(tǒng)中，電話線通常進(jìn)行傳輸。在緊急情況下，它們將電力從中央辦公室傳輸?shù)竭h(yuǎn)程設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)終端 （NT） 和終端設(shè)備 （TE）

電源轉(zhuǎn)換拓?fù)涞倪x擇取決于所需的輸出功率水平：低功率為正激或反激，中功率為推挽，半橋或全橋?yàn)楦吖β省Ｗ詈?jiǎn)單的配置（反激式）是在初級(jí) PWM 的導(dǎo)通期間（當(dāng)功率 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)）將能量存儲(chǔ)在變壓器中，并在關(guān)斷期間將其釋放到負(fù)載（圖 3）。由于次級(jí)二極管（D1）當(dāng)時(shí)正向偏置，存儲(chǔ)在變壓器中的能量進(jìn)入負(fù)載并為輸出電容充電。存儲(chǔ)在輸出電容器中的能量在下一個(gè)導(dǎo)通周期內(nèi)輸送到負(fù)載。對(duì)于這種配置，初級(jí)控制器IC可以采用固定頻率PWM配置，如MAX668或可變頻率PFM配置，如MAX1771。像MAX5003這樣的控制器可以直接由高輸入電壓供電。

圖3.反激式轉(zhuǎn)換器在每個(gè)周期內(nèi)存儲(chǔ)能量：當(dāng)功率 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)在變壓器中，當(dāng)功率 MOSFET 關(guān)閉時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到負(fù)載

在正激拓?fù)渲校▓D 4），當(dāng)初級(jí)電源 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，能量被轉(zhuǎn)發(fā)到次級(jí)。 能量不像反激式電路那樣存儲(chǔ)在變壓器中，因此正激配置允許更小的變壓器和更多的功率輸出。次級(jí)側(cè)的輸出電感器存儲(chǔ)能量，并降低輸出電容器中的紋波電流。在導(dǎo)通期間，負(fù)載直接從變壓器槽二極管D1和L1接收能量;但是，在關(guān)斷期間，電感L1會(huì)強(qiáng)制二極管D2導(dǎo)通。因此，L1和C1一起保持向負(fù)載的連續(xù)能量輸送。

圖4.由于正激轉(zhuǎn)換器在每個(gè)周期內(nèi)將能量轉(zhuǎn)發(fā)到次級(jí)側(cè)，因此它們不需要大型隔離變壓器來(lái)存儲(chǔ)能量

推挽式配置（圖5）可以簡(jiǎn)化為雙正激轉(zhuǎn)換器，其中初級(jí)器件的兩個(gè)功率MOSFET交替打開和關(guān)閉。推挽式和正向型的能量轉(zhuǎn)換原理在每個(gè)半周期完全相同，但推挽式電路在每個(gè)初級(jí)到次級(jí)能量傳輸期間（而不是在關(guān)斷期間）重置變壓器。此操作可為給定的變壓器幾何形狀提供更多輸出功率。

圖5.推挽式轉(zhuǎn)換器

全橋配置通常用于超過(guò) 1kW 的功率輸出（圖 6）。它們?cè)试S在BH磁化特性的兩個(gè)象限中使用變壓器，而不是在正激和反激電路中使用一個(gè)象限（圖7）。此外，變壓器初級(jí)的輸入電壓擺幅等于2VIN而不是1VIN。當(dāng)功率MOSFET對(duì)Q1/Q4一起導(dǎo)通，然后是Q2/Q3時(shí)，變壓器初級(jí)繞組在第一個(gè)周期中為+VIN和在第二個(gè)周期中為-VIN導(dǎo)通。在次級(jí)的每個(gè)周期（如正向拓?fù)洌┢陂g，能量傳遞到負(fù)載，但更好的變壓器優(yōu)化允許更高的輸出功率。

圖6.全橋轉(zhuǎn)換器

圖7.磁性材料的B-H磁化形狀

然而，還有其他拓?fù)淇捎?。例如，諧振或準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（基于插入能量轉(zhuǎn)換鏈中的諧振電路）通過(guò)避免電流和電壓的方波信號(hào)來(lái)減少有源元件中的開關(guān)功率損耗。但是，無(wú)論拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，都必須考慮所有拓?fù)涞墓餐c(diǎn)：

電磁干擾/射頻識(shí)別

安全

瞬態(tài)電壓保護(hù)

輸出過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)

工作溫度和熱保護(hù)

反饋

電磁干擾/射頻識(shí)別

當(dāng)今開關(guān)電源中變壓器的高頻工作（至1MHz或更高）可以減小這些磁性元件的所有尺寸。另一方面，高頻方波（PWM或PFM拓?fù)洌┗蛘也ǎㄖC振或準(zhǔn)諧振拓?fù)洌┰诿總€(gè)能量傳輸周期中產(chǎn)生電磁輻射。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)定義了這些輻射的限值，這些輻射由輸入和輸出電纜作為EMI傳導(dǎo)，并從電源周圍的空間輻射為RFI。

傳導(dǎo)EMI和輻射RFI的國(guó)際規(guī)范是EN55022，其中列出了150kHz至30MHz范圍內(nèi)的EMI的最大允許幅度（表1）和30MHz至1000MHz范圍內(nèi)的RFI（表2）。EN55022還定義了驗(yàn)證是否符合其要求所需的測(cè)試，并描述了批準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室所需的條件。不符合這些電磁兼容性規(guī)范的產(chǎn)品不能在歐洲共同體銷售或在美國(guó)銷售的 UL 批準(zhǔn)下帶有 CE 標(biāo)志的品牌。

為了滿足EMI和RFI的指定限值，您必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮某些要點(diǎn)。首先，確定噪聲源并盡可能將其降至最低。例如，在圖100的3kHz反激式拓?fù)渲校苋菀鬃R(shí)別出五個(gè)噪聲源：

功率MOSFET T1的上升和下降時(shí)間：根據(jù)傅里葉分析，這個(gè)方波可以看作是諧波的總和：第一個(gè)在100kHz，第二個(gè)在200kHz，第三個(gè)在300kHz等，幅度都逐漸降低。降低開關(guān)波形的dV/dT可將高頻諧波降至最低，但導(dǎo)通和關(guān)斷期間的功耗會(huì)受到限制。

T1關(guān)斷：在T1關(guān)斷期間，電路和變壓器中的寄生電感和電容會(huì)導(dǎo)致漏極電壓中出現(xiàn)更高頻率的振鈴。通過(guò)指定具有小漏感的變壓器并添加二極管/電阻/電容器緩沖電路，可以將振鈴能量降至最低。

D1中的振鈴：類似地，次級(jí)二極管D1中的寄生電容引起的不希望的噪聲頻率（振鈴）可以通過(guò)與二極管并聯(lián)的電阻/電容網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低。

來(lái)自變壓器的RFI：通過(guò)用銅箔屏蔽變壓器，可以將由反激式變壓器氣隙引起的RFI噪聲降低幾分貝

布局：所有承載開關(guān)波形的元件應(yīng)盡可能小，連接短。長(zhǎng)連接可以充當(dāng)天線，幾乎可以在任何地方傳輸不需要的噪音。

在99%的情況下，您可以通過(guò)考慮所有這些原則來(lái)減少問(wèn)題（但不能完全解決問(wèn)題）。它們需要額外零件的成本。例如，來(lái)自電源和電池輸入端的噪聲必須使用由差分電感、共模電感和陶瓷或高頻電容器組成的EMI濾波器進(jìn)行衰減。然而，不可能定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列的EMI濾波器，以適應(yīng)所有不同的電路拓?fù)浜洼敵龉β仕健?/p>

噪聲產(chǎn)生所涉及的許多元素?zé)o法通過(guò)分析預(yù)測(cè)。只有當(dāng)電源以物理方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，您才能執(zhí)行分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從而能夠設(shè)計(jì)EMI濾波器。為了在生產(chǎn)過(guò)程中允許元件值的合理分布，該濾波器在規(guī)格限值上應(yīng)具有大約10dB的裕量。

在初級(jí)和次級(jí)之間引入電容可為高頻提供低阻抗路徑。該電容器（通常是陶瓷型，值為1nF至4.7nF左右）迫使噪聲在內(nèi)部流過(guò)轉(zhuǎn)換器，從而將電源兩側(cè)的噪聲降低幾分貝。通常通過(guò)將帶有EMI濾波器的完整轉(zhuǎn)換器放置在六面金屬盒中來(lái)抑制輻射噪聲。

安全

對(duì)于定義為電信超低電壓（TELV）的次級(jí)輸出，它們必須與轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)隔離。操作員可以觸摸TELV輸出，而無(wú)需任何特別關(guān)注或保護(hù)。為此，國(guó)際規(guī)范EN60950和UL950定義了輸入和輸出之間的最小隔離電壓，以及轉(zhuǎn)換器初級(jí)和次級(jí)部分之間的最小允許距離。請(qǐng)參閱表 3 和表 4（在 EN60950 中）。

如這些表所示，最小允許爬電距離和電氣間隙距離1取決于施工技術(shù)、工作環(huán)境和工作電壓。例如，對(duì)于76VDC、污染等級(jí)2為3和增強(qiáng)絕緣的輸入電壓，爬電距離和間隙距離分別為2mm和4mm。

您可以輕松地在印刷電路板上實(shí)現(xiàn)一個(gè)安全區(qū)域，其中初級(jí)和次級(jí)部分之間的唯一組件是電源變壓器。該變壓器必須符合國(guó)際規(guī)范要求的安全距離（漆包銅不能定義為絕緣）。

有四種主要技術(shù)可用于滿足變壓器結(jié)構(gòu)中的安全絕緣要求，每種技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。下面將針對(duì)四繞組變壓器中的每一種方法進(jìn)行檢查，其中初級(jí)繞組分為兩部分：_-初級(jí)/次級(jí)/輔助-次級(jí)/_-初級(jí)。

一種方法是通過(guò)套管每個(gè)繞組的起點(diǎn)和終點(diǎn)來(lái)提供絕緣（圖 8）。繞組放置在距離線圈成型機(jī)邊界 2mm 的位置。兩個(gè)繞組之間的總爬電距離為2mm+2mm = 4mm.（只需要2mm，但額外的2mm裕量可以提高生產(chǎn)過(guò)程中的良率和制造時(shí)間。由于漆包銅不被視為絕緣，因此每個(gè)繞組的末端必須由絕緣材料保護(hù);否則，爬電距離將減小到2mm以下。

初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間需要額外的絕緣材料。如果需要加強(qiáng)或雙重絕緣，則必須至少有兩層絕緣。由于它允許繞組之間的良好耦合，這種生產(chǎn)技術(shù)最大限度地減少了漏感，可用于構(gòu)建具有多個(gè)次級(jí)輸出的變壓器。它還允許在變壓器單位體積的交付瓦數(shù)上做出很好的折衷。由于保護(hù)套不能自動(dòng)放置，因此所需的手動(dòng)工作使該技術(shù)非常昂貴。

另一種方法是通過(guò)將初級(jí)繞組靠近線圈成型器的一側(cè)，將次級(jí)繞組放置在另一側(cè)來(lái)提供絕緣（圖 9）。距離保持在4mm，但繞組之間的耦合非常差。對(duì)于小型變壓器來(lái)說(shuō)，這種方法幾乎是不可能的。

次級(jí)繞組使用特殊導(dǎo)線，覆蓋兩層絕緣材料（UL認(rèn)可為雙絕緣），可以成為小幾何變壓器的解決方案。這種方法可以自動(dòng)化到100%。另一方面，所需電線的高成本使其吸引力降低。

線圈成型機(jī)由兩個(gè)同心半部分組成，其中所有初級(jí)繞組包含在一個(gè)部分中，所有次級(jí)繞組包含在另一個(gè)部分中，從而可以有效地組裝變壓器。兩個(gè)同心部件首先分別纏繞（初級(jí)繞組在一個(gè)繞組中，次級(jí)繞組在另一個(gè)繞組中），然后在第二個(gè)操作中連接。這個(gè)過(guò)程可以完全自動(dòng)化。它將手動(dòng)返工幾乎減少到零，并生產(chǎn)出當(dāng)今同類產(chǎn)品中最便宜的變壓器。然而，初級(jí)和次級(jí)之間的耦合很差，而且（不幸的是）正在檢查的分體式初級(jí)變壓器不能以這種方式構(gòu)建。這種方法對(duì)于采用120VAC電源（例如蜂窩手機(jī)電池充電器）的反激式拓?fù)渲械牡凸β首儔浩鞣浅８信d趣。

最小化機(jī)械尺寸是 PC 板應(yīng)用中電信轉(zhuǎn)換器的常見(jiàn)要求。由于安全規(guī)范定義了與外部環(huán)境污染程度相關(guān)的最小爬電距離，因此通過(guò)將變壓器放置在真空下裝滿樹脂的盒子中，可以提高污染程度并減少爬電距離。通過(guò)以這種方式改變變壓器的內(nèi)部環(huán)境，很容易達(dá)到1的污染等級(jí)（參見(jiàn)表4）。

瞬態(tài)電壓保護(hù)

幾乎所有電氣設(shè)備在正常運(yùn)行期間都會(huì)受到過(guò)多的電壓脈沖的影響。這種脈沖可以由閃電或附近的電氣設(shè)備（如大型電動(dòng)機(jī)）產(chǎn)生。國(guó)際規(guī)范EN61000-4-5和EN41003定義了認(rèn)證設(shè)備必須能夠承受的脈沖類型。

在采用整流電壓運(yùn)行的電信電源中，1.5kW瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）通常足以保護(hù)電源并滿足CE認(rèn)證所需的所有國(guó)際規(guī)范。更復(fù)雜的是保護(hù)用于終端設(shè)備內(nèi)部維護(hù)和通信的RS232或RS485接口。在每條線路上放置一個(gè)TVS可能很昂貴，特別是如果線路必須保持低寄生電容以支持高傳輸數(shù)據(jù)速率。

為此，Maxim提供多種RS-232和RS-485接口IC。所有產(chǎn)品均包括根據(jù) IEC1000 規(guī)范測(cè)試的 ESD 保護(hù)，電壓高達(dá) ±15kV。該規(guī)范可確保接口符合CE要求，而無(wú)需在生產(chǎn)中進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。

輸出過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)

輸出保護(hù)可防止由于負(fù)載電流范圍從零到短路輸出而損壞電源，以及由于此類故障引起的電源電壓不規(guī)則而導(dǎo)致的負(fù)載損壞。以下是對(duì)兩個(gè)電路的檢查：一個(gè)用于保護(hù)電源免受異常負(fù)載電流的影響，另一個(gè)用于保護(hù)負(fù)載免受異常輸出電壓的影響。

電信電源需要恒定的輸出電流特性。當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)一定水平時(shí)，通常比標(biāo)稱值（Inom）高20%至40%，轉(zhuǎn)換器輸出變?yōu)楹懔靼l(fā)電機(jī)。在這種情況下，降低負(fù)載電阻只會(huì)降低輸出電壓。

在電源管理方面，此類電信電源的最壞情況是最壞情況下的最大負(fù)載電流（Inom 加 40%），這發(fā)生在輸出電壓仍處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)。輸送功率比標(biāo)稱值高 40%，并且可以無(wú)限期持續(xù)。整個(gè)電源必須能夠承受這種水平的輸出功率。由于必要的超規(guī)格會(huì)影響散熱器的機(jī)械尺寸和價(jià)格，因此系統(tǒng)可以通過(guò)限制輸出電流的允許容差而受益。為此，Maxim提供多種高邊精密電流監(jiān)測(cè)器，從簡(jiǎn)單的SOT4173封裝MAX23（圖10）到MAX471，MAX<>也可以檢測(cè)電流流向。

圖 10.在高端電流測(cè)量中，MAX4173提供以地為基準(zhǔn)的電壓，與檢測(cè)電阻中的電流成比例。

這些IC采用一個(gè)串聯(lián)電阻器，負(fù)載電流僅下降幾毫伏，這要?dú)w功于內(nèi)部電流鏡，該電流鏡在以地為基準(zhǔn)的電阻中產(chǎn)生與高端負(fù)載電流成比例的模擬電壓。對(duì)于MAX471，該測(cè)量精度為±2%。簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器，如MAX4040，可以作用于該信號(hào)，產(chǎn)生電流保護(hù)反饋，直接作用于轉(zhuǎn)換器的電壓反饋環(huán)路。它僅在調(diào)用輸出電流保護(hù)時(shí)影響反饋環(huán)路。雖然該條件下的電源穩(wěn)定性也必須考慮電流保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間，但由于所需的響應(yīng)時(shí)間不快，穩(wěn)定性很少受到影響。

多個(gè)輸出（主電壓和輔助電壓）可通過(guò)MAX869L和MAX890L等器件進(jìn)行保護(hù)。除電流測(cè)量電路外，這些IC還包括一個(gè)與測(cè)量負(fù)載電流串聯(lián)的功率MOSFET，該MOSFET可以在過(guò)流條件下斷開負(fù)載。所有這些電流測(cè)量都是在正電源軌（即輸出端）上進(jìn)行的。替代方案（在負(fù)電源軌上測(cè)量，或電源的公共電源）包括系統(tǒng)返回的所有電流。例如，對(duì)于三輸出系統(tǒng)，這意味著每個(gè)輸出都必須設(shè)計(jì)為能夠承受所有電流。復(fù)雜系統(tǒng)中的這種負(fù)路徑環(huán)路實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的電流測(cè)量。

由于轉(zhuǎn)換器內(nèi)的任何故障都可能導(dǎo)致輸出電壓不合格，并對(duì)負(fù)載造成災(zāi)難性影響，因此大多數(shù)系統(tǒng)都包含一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，用于連續(xù)監(jiān)控輸出電壓，并在過(guò)壓或欠壓情況下停止轉(zhuǎn)換器。Maxim提供多種電壓監(jiān)測(cè)器選擇，如MAX6806。當(dāng)監(jiān)視器通過(guò)保護(hù)環(huán)路報(bào)告電壓故障時(shí)，它必須首先停止主IC控制器。如果故障仍然存在，還必須（通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路）打開與轉(zhuǎn)換器輸出并聯(lián)的SCR。一旦 SCR 導(dǎo)通，只有當(dāng)其電流降至零時(shí)，它才能退出 ON 閉鎖條件。

并非所有負(fù)載電路都喜歡承受轉(zhuǎn)換器輸出的dv/dt，因?yàn)樗趯?dǎo)通期間從零上升到標(biāo)稱。大多數(shù)人更喜歡保持復(fù)位狀態(tài)，直到輸出電壓穩(wěn)定下來(lái)。Maxim在啟動(dòng)期間生成此類復(fù)位方面處于全球領(lǐng)先地位。例如，MAX809或MAX6351等簡(jiǎn)單IC，采用SOT23封裝，能夠監(jiān)測(cè)1個(gè)或多個(gè)電壓，提供延遲（典型值為140ms）的“電源正?！毙盘?hào)。它們還建議系統(tǒng)相當(dāng)精確地在電源電壓下降完全消失之前保存所有必要的數(shù)據(jù)。

工作溫度、可燃性和熱保護(hù)

UL 94VO、V1 或 V2 定義了電氣系統(tǒng)內(nèi)最高溫度的限制。由合格人員在認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的測(cè)試必須驗(yàn)證合規(guī)性，然后才能批準(zhǔn)系統(tǒng)上的 UL 印章。因此，為了系統(tǒng)可靠性，電源設(shè)計(jì)的熱管理方面應(yīng)確保由最壞情況引起的任何熱點(diǎn)的溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

功率轉(zhuǎn)換器中較關(guān)鍵的元件通常是初級(jí)電源開關(guān)、次級(jí)整流二極管和隔離變壓器。有源元件和散熱器之間需要良好的熱耦合，除非開關(guān)元件和散熱器之間寄生電容的增加加劇了EMI。

符合UL規(guī)范的高溫電線和絕緣材料可確保隔離變壓器的高工作溫度。所有材料必須具有符合UL94V0，94V1的自熄等級(jí);此類材料的使用簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的最終UL認(rèn)證。即使電信系統(tǒng)的熱工作溫度由規(guī)范定義，正常運(yùn)行期間的過(guò)溫或欠溫（主要是過(guò)溫）也會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生災(zāi)難性影響。除非立即發(fā)生故障，否則溫度故障可以通過(guò)降低受熱溫度應(yīng)力的組件的MTBF來(lái)縮短設(shè)備壽命。

為避免不可逆轉(zhuǎn)的損壞，熱保護(hù)應(yīng)包括雙閾值：一個(gè)邏輯報(bào)警，用于建議溫度超出規(guī)格，第二個(gè)報(bào)警（具有更高的閾值）用于關(guān)閉轉(zhuǎn)換器。熱保護(hù)必須放置在最關(guān)鍵的部件附近;該組件可在紅外熱像儀生成的熱圖中輕松識(shí)別。

Maxim的MAX6501/6502熱傳感器高精度監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，并在達(dá)到門限時(shí)提供邏輯信號(hào)。與傳統(tǒng)的熱敏開關(guān)相比，它們的高精度、半導(dǎo)體可靠性、小機(jī)械尺寸（SOT23封裝）和低價(jià)格使其非常有吸引力。MAX6503/6504負(fù)溫度傳感器可在溫度低于規(guī)定的最小值時(shí)提供信號(hào);這種情況會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)能力。欠溫邏輯信號(hào)可以打開熱發(fā)生器。

反饋

電信電源的穩(wěn)壓輸出通常很嚴(yán)格（±5%），但在某些情況下需要更高的精度。在保持嚴(yán)格的輸出精度時(shí)必須反對(duì)的影響包括負(fù)載變化（負(fù)載調(diào)整率）、線電壓變化（線路調(diào)整率）和溫度的影響。因此，初級(jí)側(cè)的控制器必須接收來(lái)自次級(jí)側(cè)的調(diào)節(jié)輸出電壓的反饋。為了保持初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的固有隔離，該反饋信號(hào)也應(yīng)隔離。三個(gè)電路可用于此功能：

通過(guò)輔助變壓器繞組進(jìn)行反饋

通過(guò)光耦合器反饋

通過(guò)額外的磁性部件進(jìn)行反饋，允許初級(jí)電路和次級(jí)電路之間的通信

基于輔助變壓器繞組的反饋非常簡(jiǎn)單。輔助繞組電壓通常為轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)供電，由主控制器監(jiān)控。次級(jí)和輔助繞組之間的耦合不能非常緊密，因?yàn)榘踩笈离娋嚯x和間隙，以及它們之間的雙重或更多絕緣。因此，輔助繞組電壓的典型容差僅為10%。一些負(fù)載可以容忍這種松散的公差;其他器件采用同步降壓轉(zhuǎn)換器形式的后置穩(wěn)壓，如MAX1623或MAX1714。輔助繞組方法的主要優(yōu)點(diǎn)包括小尺寸和低成本控制電路。

為了獲得光耦合器反饋，副邊的運(yùn)算放大器（如MAX4122）連續(xù)比較輸出電壓與基準(zhǔn)電壓源（如MAX6002）產(chǎn)生的輸出電壓。然后，運(yùn)算放大器輸出驅(qū)動(dòng)光耦合器二極管，從光耦合器產(chǎn)生與輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差差成比例的反饋信號(hào)。也就是說(shuō)，二極管和晶體管之間的電流傳輸（彼此隔離）在初級(jí)側(cè)產(chǎn)生電流輸出。該電流流過(guò)電阻器，產(chǎn)生初級(jí)側(cè)控制器讀取的信號(hào)電壓（圖 3）。

通過(guò)提供已獲得安全機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)用于此功能的多種光耦合器選擇，當(dāng)今的市場(chǎng)有助于電源的安全認(rèn)證。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化采購(gòu)，該電路中的所有元件都是標(biāo)準(zhǔn)部件。

對(duì)于使用額外磁性部件（允許初級(jí)電路和次級(jí)電路之間的通信）的反饋，原理與光耦合器相同。在這種情況下，次級(jí)電路有些復(fù)雜，因?yàn)榇判圆考仨氂商囟l率的信號(hào)而不是直流電流驅(qū)動(dòng)。由此產(chǎn)生的反饋元件（磁性部件）的額外費(fèi)用使該解決方案變得不那么有趣，但空間設(shè)備等特定應(yīng)用除外，在這些應(yīng)用中，磁性部件的可靠性更高。

閉合反饋環(huán)路意味著設(shè)計(jì)一個(gè)高增益寬帶寬電路，以快速響應(yīng)線路和負(fù)載變化。然而，穩(wěn)定性考慮施加的限制通常會(huì)迫使在響應(yīng)時(shí)間上做出妥協(xié)。必須定義兩個(gè)參數(shù)：交越頻率（fC）和相位裕量。

反饋路徑（運(yùn)算放大器、光耦合器和主控制器）的總增益具有一定的帶寬，轉(zhuǎn)折點(diǎn)是增益等于1 （0dB）的頻率。運(yùn)算放大器的反相配置在信號(hào)中引入180°相移（負(fù)反饋），補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)引入額外的相位滯后。因此，信號(hào)可以表現(xiàn)出180°加180°或更大的相移，產(chǎn)生正反饋，導(dǎo)致輸出電壓振蕩。

根據(jù)奈奎斯特的說(shuō)法，如果fC處增加的相移小于180°，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因此，電源設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是fC處的相位裕量，定義如下：反饋相移必須增加多少度才能獲得180°？

各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，45°的相位裕量可實(shí)現(xiàn)良好的負(fù)載調(diào)節(jié)，并具有可接受的過(guò)沖和下沖，而不允許快速瞬變觸發(fā)振蕩。另一個(gè)很好的折衷方案是限制轉(zhuǎn)折頻率：fC < fSWITCHING/（2x3.14xD），其中 D 是最大占空比。

每個(gè)電源反饋環(huán)路都必須經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)。波特圖提供了不同元素的增益和相位的簡(jiǎn)單圖片，當(dāng)您將圖片相加時(shí)，會(huì)給出總體結(jié)果（圖 11）。Bode表示，高于其轉(zhuǎn)折頻率的單極的增益斜率為-20dB/十倍頻程，其相移為90°。因此，雙極點(diǎn)LC網(wǎng)絡(luò)的增益斜率比其轉(zhuǎn)折頻率高出-40dB/十倍頻程，相移為180°。

圖 11.這些波特圖描繪了單極 RC 網(wǎng)絡(luò)和雙極 LC 網(wǎng)絡(luò)

例如，考慮工作頻率為70kHz、占空比為50%的電源的補(bǔ)償，如圖12所示。最大轉(zhuǎn)折頻率為 fSWITCHING/（2x3.14xD） = 22kHz。超過(guò)此轉(zhuǎn)折頻率后，輸出電容、電感和負(fù)載電阻會(huì)產(chǎn)生-40dB/十倍頻程的衰減和180°的相移。運(yùn)算放大器的帶寬超過(guò)10MHz，但其相關(guān)的RC元件引入一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)，以補(bǔ)償LC極點(diǎn)引入的相位滯后，并在fC處提供至少45°的相位裕量。

圖 12.簡(jiǎn)化波特圖描述了電源輸出及其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

為了確保直流時(shí)良好的輸出電壓調(diào)節(jié)，誤差放大器中的極點(diǎn)可將增益降低-20dB/十倍頻程。由R2-C2引起的零點(diǎn)將增益斜率修改為0dB/十倍頻程，R2-C1導(dǎo)致增益增加到+20dB/十倍頻程。因此，補(bǔ)償運(yùn)算放大器引入的相位從-90°開始（由于第一個(gè)極點(diǎn)），變?yōu)?°（由于R2-C2），上升到+90°（由于R2-C1）。將輸出LC和補(bǔ)償運(yùn)算放大器特性相加得到總體結(jié)果（虛線），表示電源補(bǔ)償fC = 22kHz，相位裕量為90°。

圖9.這是繞線變壓器的橫截面，其中絕緣由絕緣膠帶提供（漆包銅未定義為絕緣）。安全法規(guī)規(guī)定了繞組之間的最小距離

圖8.繞線變壓器橫截面中的絕緣層由套管和絕緣膠帶組成。由于套管被定義為絕緣，因此這種方法可讓您將安全距離縮短兩倍

審核編輯：郭婷