電氣隔離電源設(shè)計(jì)：反激式轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實(shí)例

電氣隔離電源被廣泛用于各種應(yīng)用的原因有很多。在某些電路上，出于安全考慮，必須實(shí)施電氣隔離。在其他電路中，則會(huì)使用功能性隔離來(lái)攔截信號(hào)受到的干擾。

電氣隔離電源設(shè)計(jì)一般采用反激式轉(zhuǎn)換器。這些調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。圖1所示為這類(lèi)調(diào)節(jié)器的典型設(shè)計(jì)，其中采用了一個(gè) ADP1071 反激式控制器。之所以能看出這是一個(gè)反激式轉(zhuǎn)換器，是因?yàn)樗狞c(diǎn)和變壓器并不匹配。其中采用了原邊電源開(kāi)關(guān)(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(lái)實(shí)現(xiàn)，但為了獲得更高效率，一般會(huì)使用一個(gè)有源開(kāi)關(guān)（圖1中為Q2）。對(duì)應(yīng)的ADP1071控制器負(fù)責(zé)控制這些開(kāi)關(guān)，并為反饋路徑FB提供電氣隔離。

圖 1. 典型的反激式穩(wěn)壓器（反激式轉(zhuǎn)換器），功率最高可達(dá)約 60 W 。

雖然反激式轉(zhuǎn)換器極為常用，但這種拓?fù)浯嬖趯?shí)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(dāng)Q1處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，不會(huì)有電流流經(jīng)T1的次級(jí)繞組。初級(jí)電流的電能幾乎全部存儲(chǔ)在變壓器線圈中。降壓轉(zhuǎn)換器在扼流圈（電感）中存儲(chǔ)電能，反激式轉(zhuǎn)換器采用與之類(lèi)似的方式在變壓器中存儲(chǔ)電能。當(dāng)Q1處于閉合狀態(tài)時(shí)，T1的次級(jí)會(huì)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(shí)現(xiàn)，但在更高功率下概念本身存在局限。變壓器T1被用作儲(chǔ)能元件。所以，該變壓器也能稱(chēng)為耦合電感（扼流圈）。這就要求變壓器存儲(chǔ)所需的電能。電源的電能等級(jí)越高，需要的變壓器體積越大，成本越高。在大部分應(yīng)用中，功率上限約為60 W。

如果需要使用電氣隔離電源來(lái)獲取更高功率，那么正向轉(zhuǎn)換器是一個(gè)不錯(cuò)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(dāng)電流流過(guò)初級(jí)的Q1時(shí)，次級(jí)也會(huì)形成電流。所以，變壓器無(wú)需具備儲(chǔ)能作用。事實(shí)上，反過(guò)來(lái)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(gè)周期后意外達(dá)到飽和。

圖 2. 反激式控制器（正向轉(zhuǎn)換器），功率最高可達(dá)約 200 W 。

如果是實(shí)現(xiàn)相同功率，正向轉(zhuǎn)換器所需的變壓器體積比反激式轉(zhuǎn)換器所需的體積小。所以，即使在功率等級(jí)低于60 W時(shí)，正向轉(zhuǎn)換器也非常實(shí)用。但存在一個(gè)缺點(diǎn)，即必須避免變壓器線圈在每個(gè)周期無(wú)意地存儲(chǔ)電能，這應(yīng)由圖2中開(kāi)關(guān)Q4和電容C C 的有源箝位布線實(shí)現(xiàn)。此外，正向轉(zhuǎn)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(huì)比使用反激式轉(zhuǎn)換器時(shí)低。

電源管理IC（例如來(lái)自ADI的ADP1074）提供了一個(gè)非常緊湊的正向轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)解決方案。當(dāng)需要高于約60 W的功率水平時(shí)，通常會(huì)使用這種結(jié)構(gòu)。低于60 W時(shí)，根據(jù)電路的復(fù)雜性和可實(shí)現(xiàn)的效率，采用正向轉(zhuǎn)換器也是比采用反激式轉(zhuǎn)換器更好的選擇。為了更簡(jiǎn)單地確定使用哪種拓?fù)洌ㄗh使用免費(fèi)電路模擬器LTspice模擬仿真。圖3所示為在LTspice模擬環(huán)境下，ADP1074正向轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)有源鉗位正激式拓?fù)?/p>

●集成5 kV（寬體SOIC封裝）或3.0 kV（LGA封裝）電介質(zhì)額定絕緣電壓，采用ADI公司的iCoupler專(zhuān)利技術(shù)

●寬電源電壓范圍

●主面VIN：高達(dá)60 V

●輔面VDD2：高達(dá)36 V

●用于電源開(kāi)關(guān)和有源鉗位復(fù)位開(kāi)關(guān)的集成1 A主面MOSFET驅(qū)動(dòng)器

●用于同步整流的集成1 A輔面MOSFET驅(qū)動(dòng)器

●集成誤差放大器和<1%精密基準(zhǔn)電壓

●可編程斜率補(bǔ)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(dòng)

●從預(yù)充電負(fù)載開(kāi)始平穩(wěn)啟動(dòng)

●可編程死區(qū)時(shí)間

●使用MODE引腳的省電輕負(fù)載模式
編輯：hfy