PWM方式反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計方法

反激式轉(zhuǎn)換器(Flyback Converter)，廣泛應(yīng)用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換，并在輸入級和輸出級之間提供絕緣隔離，是開關(guān)電源的一種。應(yīng)用范圍包括低功率的開關(guān)電源，顯像管的高壓電源，以及絕緣柵驅(qū)動器，具有結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛的優(yōu)點。反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)參考其結(jié)構(gòu)圖。其核心部件包括開關(guān)，變壓器，二極管和電容。開關(guān)由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，通過閉合與導(dǎo)通在變壓器兩端產(chǎn)生高頻方波信號。變壓器將產(chǎn)生的方波信號以磁場感應(yīng)的方式傳遞到次級線圈。通過二極管和電容的濾波整流作用，在輸出端得到穩(wěn)定的直流輸出 。

反激式轉(zhuǎn)換器的工作分為兩個階段，開關(guān)閉合和開關(guān)斷開階段。在開關(guān)閉合階段，變壓器的初級線圈(Primary Coil)直接連接在輸入電壓上。初級線圈中的電流和變壓器磁芯中的磁場增加，在磁芯中儲存能量。在次級線圈(Secondary Coil)中產(chǎn)生的電壓是反向的，使得二極管處于反偏狀態(tài)而不能導(dǎo)通。此時，由電容向負載提供電壓和電流。在開關(guān)斷開階段，初級線圈中的電流為0。同時磁芯中的磁場開始下降，在次級線圈上感應(yīng)出正向電壓。此時二極管處于正偏狀態(tài)，導(dǎo)通的電流流入電容和負載。磁芯中存儲的能量轉(zhuǎn)移至電容和負載中。

電源規(guī)格確定后，將進入設(shè)計的第2個步驟“控制用電源IC的選擇”。

為什么是“IC的選擇”呢?近年來電源電路的設(shè)計上一般會利用電源用IC(電源廠商可能不同)，除了擁有非常優(yōu)秀的控制性能外，還會搭載各種保護功能，因此設(shè)計簡略不復(fù)雜，對安裝面積等反而有利。

在這里，以設(shè)計PWM方式的反激型AC/DC轉(zhuǎn)換器為例，具體設(shè)定電源規(guī)格，以及決定支持該規(guī)格的電源IC。

電源的規(guī)格是“設(shè)計開始的最低限度規(guī)格”的項目的基礎(chǔ)山個，設(shè)定一般的條件。此外，也寫下根據(jù)該條件選擇IC時有哪些注意事項。

電源規(guī)格范例IC選擇的要點

?輸入電壓：85～264VAC?廣泛輸入支持的電源方式

?輸出：12VDC±5% / 3A36W?外置輸出功率晶體管

?輸出紋波電壓：200mVp-p?電流模式型

?絕緣耐壓：一次側(cè)-二次側(cè)間 3kVAC?由光耦合器反饋控制

?工作溫度范圍：0～50℃?工作保證溫度范圍：-40～85℃

?效率：80%以上?開關(guān)方式

?無負載時輸入功率：0.1W以下?內(nèi)置啟動電路、低功耗型

?輸入電壓：85～264VAC

預(yù)設(shè)輸入規(guī)格能支持全球各國要求。IC則挑具有大范圍的耐壓能力且性能佳的產(chǎn)品。

?輸出：12VDC±5% / 3A36W

輸出電壓為工業(yè)設(shè)備一般使用的總線電壓12V，精度通常為±5%。輸出電流為3A，雖然可以選擇內(nèi)置開關(guān)用晶體管型IC，但為了理解基本構(gòu)造，推薦外置開關(guān)用的功率MOSFET。

?輸出紋波：200mVp-p

輸出紋波為標(biāo)準等級。著重在能降低紋波的電流模式所使用的控制IC。

?絕緣耐壓：一次側(cè)-二次側(cè)間 3kVAC

除了變壓器外，為了反饋控制以穩(wěn)定輸出電壓，必須裝設(shè)將二次側(cè)電壓(輸出電壓)返回一次側(cè)的線路，而該線路也必須能夠絕緣。反饋電路會使用光耦合器來絕緣。

?工作溫度范圍：0～50℃

工作溫度范圍為設(shè)備一般規(guī)格即可。為了達到該標(biāo)準，應(yīng)選擇溫度范圍更大的IC和部件。

?效率：80%以上

這也算是一般常見的效率。有的DC/DC轉(zhuǎn)換器會要求效率超過90%，但AC/DC轉(zhuǎn)換器雖然還有改善的空間，不過效率依然達到80%，并未因此而偏低。為了達到該效率，必須采用開關(guān)方式的AC/DC轉(zhuǎn)換電路。

?無負載時輸入功率：0.1W以下

為了達到其目標(biāo)值，必須采用能保持低功耗的控制IC才行。

而在尋找可以實現(xiàn)電源規(guī)格目標(biāo)的IC時，也要先了解AC/DC轉(zhuǎn)換的方式和特征、市場流通的控制用IC種類和功能。乍看之下非常復(fù)雜，不過只要決定好變壓器方式，之后就簡單許多了。此次采用PWM方式的反激式轉(zhuǎn)換器，因此在尋找IC時，會先鎖定能組成反激式轉(zhuǎn)換器的IC。其次，依照采用PWM方式、符合輸入范圍和輸出規(guī)格的順序來尋找IC?？梢郧巴鵌C廠商的web網(wǎng)站上限定條件進行搜尋，記得多加利用。

以下為能夠?qū)崿F(xiàn)該電源規(guī)格的電源IC。

BM1P061FJ：AC/DC用 PWM 控制器IC

特點

PWM頻率65kHz

電流模式方式

輕負載時突發(fā)脈沖工作、降頻功能

內(nèi)置650V啟動電路

VCC引腳低電壓保護、過電壓保護

CS引腳開路保護

CS引腳Leading-Edge-Blanking功能

每周期過電流限制功能

過電流限制AC校正功能

軟啟動功能

2次側(cè)過電流保護電路

還有跳頻功能

使用BM1P061FJ的絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器電路

BM1P061FJ是AC/DC轉(zhuǎn)換器用的PWM控制器IC，能構(gòu)筑絕緣型的反激式轉(zhuǎn)換器。IC特點如上所述，但此次設(shè)計范例的規(guī)格中使用該款I(lǐng)C，主要是因為其屬于采用內(nèi)置650V耐壓啟動電路的電流模式，能充分支持整流264VAC的DC電壓的PWM方式開關(guān)電源用IC，搭載啟動電路和輕負載時開關(guān)降頻功能、節(jié)能且高效率還有BM1PXXX系列產(chǎn)品陣容豐富，在設(shè)計途中變更規(guī)格也容易等諸多優(yōu)點。

此外，也列出構(gòu)筑反激式轉(zhuǎn)換器時的基本電路。如圖片所示，IC集成化高，因此外置部件非常少。關(guān)于IC的詳細數(shù)據(jù)可以參照技術(shù)規(guī)格。

那么，設(shè)定好決定好能實現(xiàn)電源規(guī)格的IC后，推薦再稍微重溫一下AC/DC轉(zhuǎn)換，之后再開始進行設(shè)計。