本文將探討如何以最少零件、最低復雜度及最節(jié)省成本的方法,針對閘極驅動、隔離感測與通訊電路,設計隔離式電源供應電路。當輸入電壓較低,而且電路通電時允許少許(5%) 電壓偏差,就能夠使用這種電路。
圖1的例子示范了專為簡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。這種電路稱為非對稱半橋返馳電路(asymmetrical half-bridge flybuck) ,其運作方式與同步降壓穩(wěn)壓器相當類似。連接輸入電壓的FET圖騰柱 (totem pole) 輸出會供應電感電容濾波器。接下來透過分壓器(voltage divider)及誤差放大器負輸入調節(jié)濾波器輸出。誤差放大器會控制FET圖騰柱(totem pole)輸出的負載周期,使DC電壓維持在感測點(sense point)。
C6的電壓相當于負載率(duty factor)乘以輸入電壓。和降壓功率級一樣,電感的伏秒(voltage-second)必須等于零。但此電路在電感加入一個耦合繞組(coupled winding),并且使用二極管修正低位FET啟動時所反射的電感電壓。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節(jié)。不過一次側及二次側的電壓降幅差異將降低調節(jié)的效果。在此電路中,負載的電壓調節(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,即可提升負載調節(jié)的效果。
圖1:同步降壓電路提供隔離式電源供應
和耦合電感SEPIC一樣,此拓樸的寄生組件也會影響電路性能。在導通時間內,電路狀況相當良好,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則供應負載電流。不過,在關閉期間,兩個電容將透過電感的耦合繞組平行放置。這兩個電容具有不同的電壓,只有回路中的寄生組件會限制兩者之間的電流。這些寄生組件包括這兩個電容的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顯示不同漏損電感值的模擬電流。上半部為T1一次側的電流,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1μH的漏損電感各不相同。對于緊密耦合電感,峰值電流較高,也受到回路阻抗的實質限制。
對于松散耦合電感,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%,可減少少數組件的耗損達 75%.松散耦合的缺點是輸出電壓的調節(jié)不佳。
圖2:低漏損增加循環(huán)電流
圖3顯示如圖1的轉換器所呈現的負載調節(jié)結果。如果負載電流受限制,在大部分的情況下,此轉換器將提供足夠的調節(jié)。在輕負載時,可看出二極管接面電壓變化及振鈴的影響??赡苄枰钚∝撦d或Zener箝位,才能降低這些輕負載效應。在重負載時,電路的寄生組件會降低調節(jié)的效果。因此減少組件數有助于提升效果。例如,將二極管改換成同步切換,將大幅提升負載調節(jié)。
圖3:返馳負載調節(jié)在大多數情況下均良好
總而言之,返馳式(Flyback)轉換器是相當具吸引力的拓樸,能夠提供低成本且簡單的隔離式電源供應,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。