一款低成本設(shè)計(jì)的隔離式電源供應(yīng)電路設(shè)計(jì)方案

本文將探討如何以最少零件、最低復(fù)雜度及最節(jié)省成本的方法，針對(duì)閘極驅(qū)動(dòng)、隔離感測(cè)與通訊電路，設(shè)計(jì)隔離式電源供應(yīng)電路。當(dāng)輸入電壓較低，而且電路通電時(shí)允許少許(5%) 電壓偏差，就能夠使用這種電路。

圖 1 同步降壓電路提供隔離式電源供應(yīng)

圖 1 的例子示范了專為簡(jiǎn)易隔離式偏壓電源所開發(fā)的 IC，任何允許下沉操作(sink operaton)的同步降壓電路均可使用。這種電路稱為非對(duì)稱半橋返馳電路 (asymmetrical half-bridge flybuck) ，其運(yùn)作方式與同步降壓穩(wěn)壓器相當(dāng)類似。連接輸入電壓的 FET 圖騰柱 (totem pole) 輸出會(huì)供應(yīng)電感電容濾波器。接下來透過分壓器 (voltage divider) 及誤差放大器負(fù)輸入調(diào)節(jié)濾波器輸出。誤差放大器會(huì)控制 FET 圖騰柱 (totem pole) 輸出的負(fù)載周期，使 DC 電壓維持在感測(cè)點(diǎn) (sense point)。

C6 的電壓相當(dāng)于負(fù)載率 (duty factor) 乘以輸入電壓。和降壓功率級(jí)一樣，電感的伏秒 (voltage-second) 必須等于零。但此電路在電感加入一個(gè)耦合繞組 (coupled winding) ，并且使用二極管修正低位 FET 啟動(dòng)時(shí)所反射的電感電壓。由于這段期間的電感電壓等于輸出電壓，因此電路的輸出將獲得調(diào)節(jié)。不過一次側(cè)及二次側(cè)的電壓降幅差異將降低調(diào)節(jié)的效果。在此電路中，負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)將受到二極管 D1 正向電壓降幅的影響，若將二極管改換成 FET，即可提升負(fù)載調(diào)節(jié)的效果。

和耦合電感 SEPIC 一樣，此拓樸的寄生組件也會(huì)影響電路性能。在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電路狀況相當(dāng)良好，大部份的電流都流入耦合電感 T1 的磁化電感，使 C6 充電。輸出電容 C3 則供應(yīng)負(fù)載電流。不過，在關(guān)閉期間，兩個(gè)電容將透過電感的耦合繞組平行放置。這兩個(gè)電容具有不同的電壓，只有回路中的寄生組件會(huì)限制兩者之間的電流。這些寄生組件包括這兩個(gè)電容的 ESR、耦合電感的繞組電阻、低位 MOSFET 與二極管的阻抗，以及耦合電感的漏損電感。

圖 2 低漏損增加循環(huán)電流

圖 2 顯示不同漏損電感值的模擬電流。上半部為 T1 一次側(cè)的電流，下半部為輸出二極管 D1 的電流。緊密耦合電感 10 nH 與松散耦合電感 1 uH 的漏損電感各不相同。對(duì)于緊密耦合電感，峰值電流較高，也受到回路阻抗的實(shí)質(zhì)限制。

對(duì)于松散耦合電感，峰值電流較低。較高的漏損可減少 RMS 電流，有助于改善電源供應(yīng)的效率。圖 2 顯示兩者的比較。松散耦合電感的電流最多可減少 50%，可減少少數(shù)組件的耗損達(dá) 75%。松散耦合的缺點(diǎn)是輸出電壓的調(diào)節(jié)不佳。

圖 3 顯示如圖 1 的轉(zhuǎn)換器所呈現(xiàn)的負(fù)載調(diào)節(jié)結(jié)果。如果負(fù)載電流受限制，在大部分的情況下，此轉(zhuǎn)換器將提供足夠的調(diào)節(jié)。在輕負(fù)載時(shí)，可看出二極管接面電壓變化及振鈴的影響?？赡苄枰钚∝?fù)載或 Zener 箝位，才能降低這些輕負(fù)載效應(yīng)。在重負(fù)載時(shí)，電路的寄生組件會(huì)降低調(diào)節(jié)的效果。因此減少組件數(shù)有助于提升效果。例如，將二極管改換成同步切換，將大幅提升負(fù)載調(diào)節(jié)。

圖 3 返馳負(fù)載調(diào)節(jié)在大多數(shù)情況下均良好

總而言之，返馳式(Flyback)轉(zhuǎn)換器是相當(dāng)具吸引力的拓樸，能夠提供低成本且簡(jiǎn)單的隔離式電源供應(yīng)，承受輸出5% 至 10% 的電壓變化。二極管整流器在 5V 下的輸出效率能夠維持80% 的良好狀態(tài)，而且同步整流器的狀態(tài)也將更為改善。

總而言之，返馳式(Flyback)轉(zhuǎn)換器是相當(dāng)具吸引力的拓樸，能夠提供低成本且簡(jiǎn)單的隔離式電源供應(yīng)，承受輸出5% 至 10% 的電壓變化。二極管整流器在 5V 下的輸出效率能夠維持80% 的良好狀態(tài)，而且同步整流器的狀態(tài)也將更為改善。