利用無(wú)需光耦合器的反激式隔離電源解決設計難題

　目前，簡(jiǎn)單性和高效率不再是反激式隔離電源的可選項了，在這種情況下，能夠不使用光耦合器以提高性能無(wú)疑具有重要意義。光耦合器通常用在低功率(10 W ~ 60 W)反激式隔離電源的反饋環(huán)路中。利用副端電壓基準和誤差放大器驅動(dòng)光耦合器，將控制信號送回主端以進(jìn)行電壓調節和瞬態(tài)響應。這種方法除了器件密集，還由于在反饋環(huán)路中放置了一個(gè)光耦合器而引入了很多設計問(wèn)題。

　　反饋環(huán)路中的光耦合器工作時(shí)需要保持相對小的電流傳輸比（CTR）容限，電流傳輸比又常被稱(chēng)為增益。在0℃ ~ 70℃，一般光耦合器 CTR 的變化幅度可能達到 100%，因此光耦合器很難保持恰當的增益裕度和相位裕度。光耦合器隨著(zhù)時(shí)間的推移性能容易惡化。不要讓過(guò)大的電流流過(guò)發(fā)光二極管，因為這會(huì )引起過(guò)早老化。由于過(guò)早老化導致的 CTR 變化可能會(huì )引起電源振蕩或電源故障。此外，閉環(huán)電源系統的響應時(shí)間在很大程度上取決于光耦合器的響應時(shí)間。在最好的情況下，光耦合器會(huì )有幾微秒的傳輸延遲。在遠高于 100kHz 的典型工作頻率上，光耦合器可能是閉環(huán)系統中響應速度最慢的器件。慢速控制環(huán)路意味著(zhù)，在發(fā)生階躍負載等瞬態(tài)事件時(shí)，輸出電壓會(huì )過(guò)度偏離標稱(chēng)值。

圖 1 示出了反激式轉換器電路圖，該電路基于反激式同步隔離控制器 LT3825。這個(gè)電路具有輸入欠壓保護和輸出短路保護功能。

LT3825 是一個(gè)電流模式開(kāi)關(guān)控制器集成電路，專(zhuān)門(mén)用于采用同步整流的反激式無(wú)光耦合器隔離電源。電流模式工作改善電壓瞬態(tài)抑制、提供簡(jiǎn)單環(huán)路補償并具有固有的“內部”快速電流控制環(huán)路和較慢的“外部”電壓控制環(huán)路。內部電流環(huán)路對主端和副端開(kāi)關(guān) MOSFET 施加逐周期的即時(shí)控制。LT3825控制 IC的工作方式與傳統反激式電流模式開(kāi)關(guān)類(lèi)似，只是輸出電壓反饋是通過(guò)檢測電源變壓器繞組完成的。這減少了橫跨隔離勢壘而連接至電源變壓器以及用于副端同步MOSFET的同步驅動(dòng)變壓器組件的數目。電源變壓器需要在效率、最大功率輸出、尺寸、耦合方式、漏電感、互繞組電容和最終成本之間取得平衡。設計方案所需輸入和輸出規格不同，平衡結果也不同。

　　LT3825 具有一個(gè)獨特的反饋放大器，該放大器在反激期間對電源變壓器繞組電壓采樣，并利用這個(gè)電壓控制反饋環(huán)路。用于反饋的電源變壓器繞組可以是單獨的繞組，也可以是主端反激繞組。采用上述任一方式都可獲得相同的電壓調節和快速瞬態(tài)響應。在利用主端繞組實(shí)現反饋時(shí)，還需要一個(gè)晶體管來(lái)降低檢測電壓。LT3825 內的專(zhuān)用反饋電路在反激脈沖期間讀取返回的輸出電壓信息。然后這個(gè)電壓與精確的內部基準比較，獲得一個(gè)誤差信號。這個(gè)誤差信號用來(lái)調制 Q1 的接通時(shí)間，其調制方式就像調整輸出電壓一樣。這種方法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，輸出電壓信息在開(kāi)關(guān)周期終止后，立即到達控制器。在基于光耦合器的常規設計中，僅光耦合器就產(chǎn)生幾微秒的延遲，從而限制轉換器的瞬態(tài)響應。當主端MOSFET開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)時(shí)，其漏極電壓上升到高于V_IN。主端 MOSFET 斷開(kāi)、副端同步 MOSFET Q2 接通時(shí)，發(fā)生反激。在反激期間，未驅動(dòng)的變壓器引腳電壓由副端電壓決定。