功率电感:隔离式DC/DC转换器的三类电压调节方案
半调节型隔离式DC/DC转换器
未调节型隔离式DC/DC转换器虽然不需要任何光耦合器,但其无法提供任何的调节。与之相反,已调节型隔离式DC/DC转换器可提供严格的输出电压调节,然而却需要使用一个光耦合器。在许多应用中,客户可能不希望采用光耦合器,但要求对输出电压实施一定程度的调节。所谓"半调节型"隔离式DC/DC转换器将是合适的解决方案。
从输出电压调节的角度来看,半调节型隔离式DC/DC转换器介乎于未调节型和已调节型隔离式DC/DC转换器之间。与已调节型隔离式DC/DC转换器相似,半调节型隔离式DC/DC转换器也具有一个反馈电路。然而,它并不直接感测和调节输出。取而代之的是,它只检测一个与次级侧上的输出电压相似、但通常参考于初级输入电压的电压。这些方法也许不能实现与已调节型隔离式DC/DC转换器准确度相同的输出电压,但其免除了光耦合器,同时获得了相当好的输出电压调节性能。在本文中讨论的三个例子是Fly-Buck转换器、具有交叉调节输出的反激式转换器和初级侧调节(PSR)反激式转换器。
1. Fly-Buck转换器
Fly-Buck 转换器基本上就是一个同步降压型转换器,它具有一个耦合至其电感器的额外绕组,用以生成一个隔离式输出(VOUT)。除了次级侧上的隔离式输出之外,Fly-Buck转换器还在初级侧上提供了一个已调节输出(VP)。初级侧输出的调节方式与独立型同步降压转换器相同,如式(2):
式中的D为图6中的降压开关Q1的占空比。当低压侧同步开关Q2导通时VP反射至次级侧并被整流为VOUT。等效电路示于图7。VOUT可利用式(3)来计算:
与式(1)和图4所说明的未调节型推挽式转换器相似,Fly-Buck的隔离式输出是VR和VF(它们均取决于负载电流和温度)的一个函数。然而,VP是一个由反馈电路调节的恒定电压,这就使得VP(因而也包括VOUT)与VIN无关。对于Fly-Buck转换器的隔离式输出,VIN的影响得到了补偿,但是负载电流和温度的影响则并未予以补偿。于是,Fly-Buck转换器归类于半调节型隔离式DC/DC转换器。
当Q1导通时,输出电容器COUT放电,提供负载电流。当Q2导通时,输出电容器电荷得到补充以保持调节作用。实际上,变压器或多或少会有一些漏电感,其决定了次级绕组中用于对输出电容器进行充电的电流的斜坡上升速率。漏电感和占空比会影响输出电压调节。应尽可能地减小漏电感并谨慎地选择大的工作占空比,以减轻它们对于调节的影响。凭借正确的设计,大概可以实现5%至10%(具体数值取决于负载电流范围)的输出电压调节。