当反激式转换器达到其极限时

星星科技指导员 2022-12-16 977

描述

电气隔离电源用于许多应用。这有不同的原因。在某些电路中，出于安全考虑，电气隔离是必要的。在其他电路中，功能隔离用于阻止对信号的任何干扰。

电气隔离电源通常设计有反激式转换器。这些稳压器的设计非常简单。图1显示了带有ADP1071反激式控制器的此类稳压器的典型设计。我们可以看到它是一个反激式转换器，因为变压器上的点不匹配。使用初级侧电源开关（Q1）。此外，还需要一个次级侧整流电路。这可以使用肖特基二极管来实现，但为了提高效率，通常使用有源开关（图1中的Q2）。相应的ADP1071控制器负责控制开关，并为反馈路径FB提供电流隔离。

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图1.典型的反激式稳压器（反激式转换器），功率高达约60 W。

虽然反激式转换器非常受欢迎，但这种拓扑结构具有实际局限性。图1中的变压器T1实际上并不用作经典变压器。当Q1处于导通状态时，没有电流流过T1的次级绕组。初级侧电流的能量几乎完全存储在变压器铁芯中。与降压转换器在扼流圈（电感器）中存储能量的方式类似，反激式转换器在变压器中执行此操作。当Q1处于关断状态时，T1的次级侧产生电流。这为输出电容 C 供电外和能量输出。这个概念很容易实现，但在更高功率下有固有的局限性。变压器T1用作储能元件。因此，变压器也可以称为耦合电感（扼流圈）。这就要求变压器能够储存所需的能量。电源的能量等级越高，变压器越大，价格越昂贵。在大多数应用中，上限约为60 W。

如果需要电隔离电源以获得更高的功率，则正激转换器是合适的选择。该概念如图 2 所示。在这里，变压器确实被用作经典的变压器。当电流在初级侧流过Q1时，在次级侧也会产生电流。因此，变压器不需要提供任何储能容量。事实上，情况正好相反。必须确保变压器在Q1的关断时间内始终放电，以免在几个周期后无意中达到饱和。

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图2.正激调节器（正激转换器），功率高达约 200 W。

对于相同的功率，正激式转换器需要的变压器比反激式转换器小。这使得正激式转换器即使在低于 60 W 的功率水平下也能使用。一个缺点是变压器磁芯必须在每个周期中从无意中存储的能量中释放出来，这是通过带有开关Q4和电容C的有源箝位接线实现的。C在图 2 中。正激转换器通常还需要在输出侧增加一个电感L1。但是，通过这一点，输出电压的纹波也可以低于相同功率电平下的反激式转换器的纹波。

ADI公司的ADP1074等电源管理IC为设计正激式转换器提供了非常紧凑的解决方案。当需要高于约60 W的功率水平时，通常使用此架构。在60 W以下，基于电路复杂性和可实现的效率，正激式转换器也可能是比反激式转换器更好的选择。为了简化使用哪种拓扑的决策，建议使用自由电路仿真器LTspice进行仿真。图3显示了LTspice仿真环境中ADP1074正激式转换器电路的仿真原理图。

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图3.采用LTspice仿真的ADP1074电路示例。

审核编辑：郭婷

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