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針對閘極驅動的隔離式電源供應電路

發布時間:2012-12-27 責任編輯:Lynnjiao

【導讀】本文將向讀者們介紹如何針對閘極驅動、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。不過一次側及二次側的電壓降幅差異將降低調節的效果。在此電路中,負載的電壓調節將受到二極管 D1 正向電壓降幅的影響,若將二極管改換成 FET,即可提升負載調節的效果。
 
同步降壓電路提供隔離式電源供應
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 1 uH 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不佳。
 
低漏損增加循環電流
圖 2:低漏損增加循環電流
 
圖 3 顯示如圖 1 的轉換器所呈現的負載調節結果。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。在輕負載時,可看出二極管接面電壓變化及振鈴的影響。可能需要最小負載或 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。
 
返馳負載調節在大多數情況下均良好
圖 3:返馳負載調節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,而且同步整流器的狀態也將更為改善。
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