具有超寬輸入電壓范圍小功率反激式設(shè)計

在工業(yè)應(yīng)用和工廠自動化領(lǐng)域存在多種多樣的電源電壓。一般您會發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)介于它們之間的電壓。由于成本原因，電子設(shè)備制造商通常不愿意為每種輸入電壓開發(fā)不同的電源。所以，讓我們來看看如何設(shè)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(nèi)）反激式轉(zhuǎn)換器。

該小功率反激式參考設(shè)計（筆者將把它用作本博客中的一個示例）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(jié)構(gòu)簡單、廣為人知的反激式轉(zhuǎn)換器。

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

圖1：反激式轉(zhuǎn)換器方框圖

寬輸入電壓范圍不僅對控制器來說是個挑戰(zhàn)，對該變壓器的設(shè)計而言也是一大難題。對于小功率應(yīng)用，反激式轉(zhuǎn)換器經(jīng)過設(shè)計要能在非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCCM）下工作，以便實現(xiàn)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(yùn)行模式下的峰值電流比連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下的峰值電流大 —— 但它們?nèi)匀幌鄬^小，原因是功率很小。對于較大功率的應(yīng)用，反激式轉(zhuǎn)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(shè)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(nèi)出現(xiàn)大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率應(yīng)相對較低。在該設(shè)計中，它被設(shè)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(zhuǎn)換器只在DCCM模式下工作，那么占空比在這樣一個范圍內(nèi)：從70％直到4％（匝數(shù)比為3.58：1,750μH的初級電感）。為了減少組件應(yīng)力，您應(yīng)該通過讓匝數(shù)比保持不變并將初級電感變?yōu)?mH來增加最小占空比?，F(xiàn)在，對于低輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器在CCM模式下運(yùn)行；對于高輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器則在DCCM模式下運(yùn)行。

圖2：具有超寬輸入電壓范圍的小功率反激式TI Designs參考設(shè)計