簡單的電氣隔離

許多電路都需要電氣隔離。通常使用變壓器來提供這種電氣隔離。許多不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是通過變壓器來傳輸電能。反激式轉(zhuǎn)換器是一種廣泛使用的電路類型，尤其適用于大約50 W或更低的功率。

圖1顯示了簡單的反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖。當(dāng)開關(guān)S1接通時，反激式轉(zhuǎn)換器將電能存儲在變壓器線圈T1中。當(dāng)S1斷開時，存儲在線圈中的電能經(jīng)由T1的次級繞組，再經(jīng)由續(xù)流二極管D1傳輸至輸出。

圖1. 反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖。

從圖1可以看出，除了電源路徑，還需要反饋路徑（綠色所示）。該路徑用于準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輸出電壓。遺憾的是，這個反饋路徑是相當(dāng)復(fù)雜的，因為反饋信號也必須通過電氣隔離器進(jìn)行傳輸。為此，我們使用光耦合器或數(shù)字隔離器模塊，例如 ADuM3190。反饋信號也可以在初級側(cè)進(jìn)行檢測，在這種情況下，無需對反饋路徑進(jìn)行電氣隔離。

使用ADI公司提供的無光耦產(chǎn)品平臺中的轉(zhuǎn)換器，可以輕松構(gòu)建小型電氣隔離反激式電路。圖2顯示 LT8301，其輸入電壓高達(dá)42 V，最大開關(guān)電流為1.2 A。在圖2所示的電路中，沒有從輸出電壓回流至初級側(cè)開關(guān)穩(wěn)壓器的反饋路徑。但是，通過變壓器提供了一個隱藏的內(nèi)部反饋路徑。在初級側(cè)開關(guān)斷開期間，測量通過變壓器的初級繞組反射回來的電壓。這樣就可以獲取有關(guān)初級側(cè)輸出電壓狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。

圖2. 采用無光耦LT8301構(gòu)建的高度緊湊、易于使用的反激式轉(zhuǎn)換器電路。

除了這個電氣隔離解決方案，還可以使用另一種非常不錯的方式來構(gòu)建電氣隔離反激式電路。此技術(shù)如圖3所示。它被稱為隔離降壓轉(zhuǎn)換器。

圖3. 采用MAX17681的隔離降壓轉(zhuǎn)換器。

一般反激轉(zhuǎn)換器和隔離降壓轉(zhuǎn)換器之間的主要區(qū)別在于初級變壓器繞組和地之間的電容CBUCK。在MAX17681中，變壓器的初級繞組由半橋驅(qū)動。這意味著，MAX17681具有高端和低端開關(guān)。在無光耦反激式轉(zhuǎn)換器（圖2）中，只包含一個開關(guān)，位于變壓器的初級繞組和地之間。

隔離降壓轉(zhuǎn)換器可以視為一個簡單的降壓轉(zhuǎn)換器，具有耦合電感，因此可產(chǎn)生隔離電壓。圖3中的藍(lán)線表示降壓轉(zhuǎn)換器。CBUCK的電壓對應(yīng)這個集成式降壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)電壓。

這兩種電氣隔離開關(guān)穩(wěn)壓器概念都無需通過光耦合器進(jìn)行信號反饋。每種解決方案的優(yōu)點是什么？

無光耦轉(zhuǎn)換器（圖2）無需使用大型初級側(cè)旁路電容(CBUCK)，由一個開關(guān)從內(nèi)部驅(qū)動。隔離降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點在于：額外提供一個精密調(diào)節(jié)的初級側(cè)電壓。它可以用在系統(tǒng)中，例如，為初級側(cè)電路的電子器件提供電能。在設(shè)置時，必須確保在使用具有對應(yīng)匝數(shù)比的變壓器時，能夠生成所需的電氣隔離電壓VOUT2。

審核編輯：郭婷