如何從降壓型DC/DC轉換器產(chǎn)生輔助電源

為解決上述問(wèn)題，可以用一個(gè)降壓轉換器的開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生一路或多路、隔離的或非隔離的電源輸出。從主電源獲取10％～30％的輔助電源輸出電流是完全可行的，本文將通過(guò)MAX5035 DC／DC轉換器說(shuō)明具體的實(shí)現方案。

降壓波形

首先回顧一下降壓轉換器的工作波形，確定用來(lái)產(chǎn)生輔助輸出的電壓和電流，參見(jiàn)圖1。

LX引腳的開(kāi)關(guān)電壓波形幅度為：

開(kāi)關(guān)管導通期間(LX和VIN相連)，主電感兩端的電壓為：

連續電感電流工作模式

開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，LX端電壓為負，二極管D1導通，保證電感電流是連續的。在流過(guò)D1的電流變?yōu)?之前，開(kāi)啟下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，則稱(chēng)該種工作模式為連續模式(見(jiàn)圖2)。

了解了各個(gè)關(guān)鍵元件的RMS電流和電壓之后，功耗可由下式計算得到：

輔助輸出

通過(guò)在一個(gè)降壓主電源的電感上添加輔助線(xiàn)圈，可以在主電源上產(chǎn)生輔助輸出。輔助輸出取決于鉗位肖特基二極管(圖1中的D1)導通時(shí)，主電感的反激動(dòng)作。因為二極管的導通壓降相對比較穩定(典型值為300mV～500mV，視電流大小而定)，并且控制器調節輸出電壓保持相對恒定，所以在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感兩端的壓降也相對穩定。為了讓電感壓降保持穩定，在整個(gè)主降壓電源的負載范圍內，主電感都應該保持連續導通模式。

LX引腳也可用來(lái)為電荷泵電路提供開(kāi)關(guān)輸入。為保持該輸入穩定，需要輔助輸出時(shí)，LX引腳必須處于有效狀態(tài)。通過(guò)讓主電源降壓轉換器保持給一個(gè)最小負載供電，就可以使LX始終處于有效狀態(tài)。

電感選擇

通過(guò)三個(gè)參數確定主電感值：電感兩端的電壓、工作頻率以及電感的紋波電流。綜合考慮這三個(gè)參數，可以保證有足夠的能量存儲到電感中。電感最小值由最大占空比和最小輸入電壓共同決定：

紋波電流表示為輸出電流的百分數，MAX5035的紋波電流定義為30％。注意，紋波電流決定了進(jìn)入斷續工作模式前的最小負載電流。由于輔助電源會(huì )增加開(kāi)關(guān)管的峰值電流，所以一定要小心設置輔助電源的限流。對于大多數應用，評估(EV)板上輸出濾波器的標準沒(méi)置(100μH和68μF)比較合適。這些值也可用于輔助電源。MAX5035內部有一個(gè)固定的、III型補償電路，從而限制了輸出電容的選擇。選擇ESR使零點(diǎn)位于20kHz～40kHz之間，更多信息請參考MAX5035數據手冊的應用部分。

由主電感變壓器產(chǎn)生輔助輸出

在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)期間，由于初級側肖特基二極管的壓降相對穩定(典型值為300mV～500mV，視電流大小而定)，并且控制器調節輸出電壓保持相對恒定，所以電感兩端的壓降也相對穩定。連接次級側的整流管和電容，使導通發(fā)生在反激期間(二極管導通時(shí))，讓能量可以從主電感里釋放出來(lái)。圖3a和圖3b顯示了2種不同的連接方式，來(lái)實(shí)現輔助線(xiàn)圈與主降壓電源的隔離。圖3a顯示了輔助輸出以零電壓為參考的情況，圖3b顯示了輔助輸出以主電源正輸出為參考的情況。

輔助輸出電壓計算如下：

N1是初級側的線(xiàn)圈匝數，N2是次級側的線(xiàn)圈匝數。

由于內部LX開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，D2導通，所以圖3中的輸出與輸入電壓的變化無(wú)關(guān)。在開(kāi)關(guān)管的最大導通時(shí)間內，電容C7應當能夠維持輸出。由于D1的正向導通壓降隨溫度和負載電流的變化而有所變化，因此次級輸出具有2％～3％的波動(dòng)。變壓器N1和N2相互之間足直流隔離的，所以輔助輸出可以參考于任何一個(gè)直流電壓。

對于一個(gè)給定的電感值，輔助輸出的次級電源受限于主電源初級回路中的不連續電流。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在反激結束的時(shí)候，D1必須保持導通。在斷續工作模式下，二極管D1中的電流變?yōu)榱?，LX端的電壓將在一個(gè)由輸出電感和在LX節點(diǎn)處的總寄生電容決定的頻率下產(chǎn)生衰減“振鈴”。

在內部LX開(kāi)關(guān)由導通變?yōu)殛P(guān)斷時(shí)，次級負載會(huì )導致初級電流的改變。圖4所示的電流變化可由下式計算得到：

I_XTRA=P_SEC(DV_LX)

D=占空比

P_SEC=次級電源

V_LX=LX的峰值電壓變化

理論上，可以靈活選擇匝數比。然而實(shí)際應用中，具有適當的電感值和峰值電流的標準1：1變壓器，是匝數比選擇中經(jīng)常用到的。

請注意負載是如何影響初級側電流紋波變化的。圖4中的粗線(xiàn)簡(jiǎn)單描繪了主電感電流的波形隨輔助輸出的變化而變化的情況。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：能夠產(chǎn)生正電源或負電源輔助輸出；隔離輔助輸出，可以是以地或主電源為參考的正輸出；電感值由主降壓電源設定。缺點(diǎn)是：初級紋波電流的增大，提升了不連續電流的起點(diǎn)；輔助輸出需要有最小負載；主電源的正輸出要求有一個(gè)最小負載，以維持LX的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。除此之外，還可以選擇電荷泵或SEPIC架構產(chǎn)生輔助電源。