設(shè)計(jì)一款具有 COT 的 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器 - 1

Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浔还J(rèn)為是一種多功能的隔離式偏置電源，其在各類應(yīng)用中得到了越來(lái)越多的關(guān)注。同步降壓轉(zhuǎn)換器可以配置成 Fly-Buck，但并非所有控制方法都能簡(jiǎn)單應(yīng)用于這種拓?fù)洹?/p>

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圖1. 紋波注入網(wǎng)絡(luò)Rr、Cr 和Cac

LM5017 是一款支持恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT) 控制的 100V 同步降壓穩(wěn)壓器，特別適合 Fly-Buck。COT 不需要補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可簡(jiǎn)化 Fly-Buck 設(shè)計(jì)，而且 Fly-Buck 的設(shè)計(jì)流程與普通降壓設(shè)計(jì)或多或少有些相似。LM5017 產(chǎn)品頁(yè)面上有很多設(shè)計(jì)實(shí)例。不過(guò)，有個(gè)問(wèn)題還是會(huì)被經(jīng)常問(wèn)起：如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定的 COT Fly-Buck？答案可能很簡(jiǎn)單，但背后的解釋可能則會(huì)很復(fù)雜。我們將通過(guò)兩篇文章加以說(shuō)明：本文我們將重點(diǎn)討論技術(shù)分析，第二篇文章則將針對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步指導(dǎo)。

顧名思義，占空導(dǎo)通時(shí)間是在給定輸入電壓下進(jìn)行 COT 控制時(shí)的固定常數(shù)。關(guān)斷時(shí)間可通過(guò)反饋引腳電壓 (Vfb) 紋波來(lái)調(diào)制：當(dāng) Vfb 低于內(nèi)部參考電壓 (Vref) 時(shí)，就會(huì)觸發(fā)下一個(gè)周期開關(guān)。紋波注入網(wǎng)絡(luò)（如圖 1 所示）通常用來(lái)生成 Vfb 紋波，因?yàn)樗粌H可避免對(duì)輸出紋波的依賴，而且還允許將低 ESR 陶瓷電容器用作輸出電容器。注入紋波可仿真電感器電流紋波，其幅值約為：

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關(guān)斷時(shí)間會(huì)隨 Vfb 紋波信號(hào)變化而變化，以對(duì) COT 控制輸出進(jìn)行穩(wěn)壓，因此它不能被視為恒定頻率控制系統(tǒng)。在電流模式與電壓模式控制法中將系統(tǒng)近似為非時(shí)變的經(jīng)典小信號(hào)模型在這里并不適用。這就是為什么 COT 控制的傳輸函數(shù)不能像其它控制法那樣被明確導(dǎo)出的原因所在。在文獻(xiàn)中，描述函數(shù)的方法可用來(lái)對(duì) COT 控制進(jìn)行建模。偏移問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜，已超出了本文所討論的范圍，不過(guò)通過(guò)分析得到的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)可簡(jiǎn)化為：。這個(gè)不等式不是很直觀，但能看出幾個(gè)問(wèn)題。Rr×Cr 項(xiàng)與注入紋波幅值成反比，說(shuō)明大量紋波可帶來(lái)穩(wěn)定的穩(wěn)壓效果。不過(guò)，添加至反饋信號(hào)的 AC 紋波會(huì)導(dǎo)致不良 DC 漂移，因此應(yīng)使其適當(dāng)保持為較小值。對(duì)于 LM5017 而言，在反饋引腳位置需要最低 25mV 的紋波。此外，從不等式還可以看出，增大電感和輸出電容有助于滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求。電感器通常由紋波電流和開關(guān)頻率等其它電源技術(shù)參數(shù)決定，而輸出電容可能更便于調(diào)節(jié)。應(yīng)采用足夠的電容，而且不能忽略 DC 偏置對(duì)降低陶瓷電容的影響。

紋波注入網(wǎng)絡(luò)的第三個(gè)組件是 AC 耦合電容器 Cac。它可為 FB 引腳旁路生成紋波的 AC 組分，而且它不是一個(gè)會(huì)對(duì)開關(guān)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的重要組件。Cac 和反饋電阻分壓器 RFBT 與 RFBB 可形成高通濾波器，其截止頻率 (Fc) 應(yīng)該足夠低才能讓紋波通過(guò)。推薦的 Fc 值可設(shè)定為小于開關(guān)頻率的 1/10，即：

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簡(jiǎn)而言之，采用 LM5017 COT 降壓穩(wěn)壓器的 Fly-Buck 設(shè)計(jì)可歸結(jié)為三個(gè)不等式，用以檢查穩(wěn)定性：

1. 穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)：

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2. 紋波電壓要求：

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3. 紋波 AC 耦合要求：

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請(qǐng)注意，Ton(max) 和 Dmax 都發(fā)生在最低 Vin 條件下。在實(shí)際 Fly-Buck 設(shè)計(jì)中，只有第一個(gè)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵項(xiàng)，應(yīng)留出一些裕量。在設(shè)計(jì) Fly-Buck 時(shí)，先從紋波注入網(wǎng)絡(luò)的一些初始值開始，對(duì)以上三個(gè)不等式進(jìn)行檢查，然后對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)和迭代。在下一部分中，我們將針對(duì)在 Fly-Buck 設(shè)計(jì)中實(shí)施這些內(nèi)容進(jìn)行逐步指導(dǎo)。還有什么問(wèn)題嗎？

參考資料：

EDN：產(chǎn)品指南：Fly-Buck 無(wú)需光耦合器即可為降壓電路提供具有良好穩(wěn)壓的隔離式輸出

應(yīng)用手冊(cè)《設(shè)計(jì)隔離式降壓 (Fly-Buck) 轉(zhuǎn)換器的 AN-2292》