低功率反激式轉(zhuǎn)換器不再需要光耦合器
多種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器應用都需要隔離式輸出，而不僅是電信和數(shù)據(jù)通信應用有 48V 隔離要求。對于那些需要針對噪聲輸入電壓 (例如：汽車電池、中間總線和工業(yè)輸入) 的接地隔離之噪聲敏感型器件而言，隔離可以說是必不可少的。顯示器、可編程邏輯控制器、GPS 系統(tǒng)和一些醫(yī)療監(jiān)視設(shè)備可能都會受到帶噪聲的總線電壓的負面影響。
反激式轉(zhuǎn)換器廣泛用于隔離式 DC/DC 應用，但是反激式轉(zhuǎn)換器未必是設(shè)計師的首選。電源設(shè)計師勉強選擇反激式轉(zhuǎn)換器的原因是，不得不滿足較低功率的隔離要求，而不是因為反激式轉(zhuǎn)換器更易于設(shè)計。反激式轉(zhuǎn)換器需要將大量時間用在變壓器的設(shè)計上，而現(xiàn)成有售的變壓器通�？蛇x范圍有限，而且有可能需要定制變壓器，這使變壓器設(shè)計這個任務進一步復雜化了。此外，反激式轉(zhuǎn)換器還存在穩(wěn)定性問題 (由于控制環(huán)路中眾所周知的右半平面零點所致)，而光耦合器的傳播延遲、老化和增益變化將使該問題進一步地復雜化。凌力爾特公司推出的 LT3574 隔離式單片反激式轉(zhuǎn)換器就解決了很多這類反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計難題。
首先，LT3574 無需光耦合器、外部 MOSFET 和副端基準電壓，也無需電源變壓器額外提供第三個繞組，同時僅用一個必須跨隔離勢壘的組件，就能保持主端和副端隔離。LT3574 有一個內(nèi)置 0.65A、60V NPN 電源開關(guān)，可從一個范圍為 3V 至 40V 的輸入電壓提供高達 3W 的輸出功率，并采用了一個能通過主端反激開關(guān)節(jié)點波形檢測輸出電壓的主端檢測電路。在開關(guān)關(guān)斷時，輸出二極管向輸出提供電流，輸出電壓反射到反激式變壓器的主端。開關(guān)節(jié)點電壓的幅度是輸入電壓和反射的輸出電壓之和，LT3574 能重建該開關(guān)節(jié)點電壓。在整個線電壓輸入范圍、整個溫度范圍以及 2% 至 100% 的負載范圍內(nèi)，這種輸出電壓反饋方法可產(chǎn)生好于 ±5% 的總調(diào)節(jié)誤差。圖 1 顯示了一個利用 LT3574 實現(xiàn)反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖。
圖 1：采用主端輸出電壓檢測的反激式轉(zhuǎn)換器
LT3574 運用邊界模式工作進一步簡化了系統(tǒng)設(shè)計，減小了轉(zhuǎn)換器尺寸并改進了負載調(diào)節(jié)。LT3574 反激式轉(zhuǎn)換器在副端電流降至零時，立即接通內(nèi)部開關(guān)，而當開關(guān)電流達到預定義的電流限制時，則斷開。因此，該器件工作時，總是處于連續(xù)傳導模式 (CCM) 和斷續(xù)傳導模式 (DCM) 的轉(zhuǎn)換之中，這種工作方式常稱為邊界模式或關(guān)鍵傳導模式。其他特點包括可編程軟啟動、可調(diào)電流限制、欠壓閉鎖和溫度補償。變壓器匝數(shù)比和兩個連接到 RFB 及 RREF 引腳的外部電阻器設(shè)定輸出電壓。LT3574 所采用的是 MSOP-16 封裝。
主端輸出電壓檢測
隔離式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓檢測通常需要光耦合器和副端基準電壓。光耦合器通過光鏈路發(fā)送輸出電壓反饋信號，同時維持隔離勢壘。不過，光耦合器的傳輸比隨溫度和老化而變化，從而降低了準確度。光耦合器還引入傳輸延遲，從而導致較慢的瞬態(tài)響應，而不同器件的瞬態(tài)響應之間有可能呈非線性，這還可能導致一個設(shè)計在不同的電路實現(xiàn)中顯示不同的特性。運用額外的變壓器繞組而不是光耦合器實現(xiàn)電壓反饋的反激式設(shè)計還可以用來閉合反饋環(huán)路。不過，這種額外的變壓器繞組可能增大變壓器的尺寸和成本。
LT3574 在變壓器的主端檢測輸出電壓，因而無需光耦合器或額外的變壓器繞組。如圖 2所示，當功率晶體管關(guān)斷時，在主端開關(guān)節(jié)點波形處可以準確測量輸出電壓，其中 N 是變壓器的匝數(shù)比，VIN 是輸入電壓，VC 是最大箝位電壓。
圖 2：典型的開關(guān)節(jié)點波形
以邊界模式工作可減小轉(zhuǎn)換器尺寸并改進調(diào)節(jié)
邊界模式控制采用的是可變頻率電流模式開關(guān)電路。當內(nèi)部電源開關(guān)接通時，變壓器電流增大，直至達到預置電流限制的設(shè)定點為止。SW 引腳上的電壓上升至：輸出電壓除以副端至主端變壓器匝數(shù)比 + 輸入電壓。當通過二極管的副端電流降至零時，SW 引腳電壓降至低于VIN 。內(nèi)部 DCM 比較器檢測這個事件，并再次接通開關(guān)，重復這個周期。
在每個周期的末端，邊界模式工作使副端電流回到零，引起寄生電阻壓降，但不引起負載調(diào)節(jié)誤差。此外，主端反激開關(guān)總是在零電流時接通，輸出二極管沒有反向恢復損耗。這種功耗的減少使得反激式轉(zhuǎn)換器能夠在一個相對較高的開關(guān)頻率下運作，這反過來又縮減了變壓器的尺寸 (相比于較低頻率的替代設(shè)計方案)。圖 3 顯示 SW 電壓和電流以及輸出二極管中的電流。
圖 3：邊界模式工作時反激式轉(zhuǎn)換器波形
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