簡(jiǎn)易隔離式偏壓電源的設(shè)計(jì)

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的例子示范了專(zhuān)為簡(jiǎn)易隔離式偏壓電源所開(kāi)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(chēng)為非對(duì)稱(chēng)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(lèi)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(lái)透過(guò)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(guò)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。

圖1:同步降壓電路提供隔離式電源供應(yīng)

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(guò)，在關(guān)閉期間，兩個(gè)電容將透過(guò)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顯示不同漏損電感值的模擬電流。上半部為T(mén)1一次側(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1μH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2:低漏損增加循環(huán)電流

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。