隔離式DC/DC轉換器的三類(lèi)電壓調節方案

1. Fly-Buck轉換器

Fly-Buck 轉換器基本上就是一個(gè)同步降壓型轉換器，它具有一個(gè)耦合至其電感器的額外繞組，用以生成一個(gè)隔離式輸出(VOUT)。除了次級側上的隔離式輸出之外，Fly-Buck轉換器還在初級側上提供了一個(gè)已調節輸出(VP)。初級側輸出的調節方式與獨立型同步降壓轉換器相同，如式(2)：

式中的D為圖6中的降壓開(kāi)關(guān)Q1的占空比。當低壓側同步開(kāi)關(guān)Q2導通時(shí)VP反射至次級側并被整流為VOUT。等效電路示于圖7。VOUT可利用式(3)來(lái)計算：

與式(1)和圖4所說(shuō)明的未調節型推挽式轉換器相似，Fly-Buck的隔離式輸出是VR和VF(它們均取決于負載電流和溫度)的一個(gè)函數。然而，VP是一個(gè)由反饋電路調節的恒定電壓，這就使得VP(因而也包括VOUT)與VIN無(wú)關(guān)。對于Fly-Buck轉換器的隔離式輸出，VIN的影響得到了補償，但是負載電流和溫度的影響則并未予以補償。于是，Fly-Buck轉換器歸類(lèi)于半調節型隔離式DC/DC轉換器。

當Q1導通時(shí)，輸出電容器COUT放電，提供負載電流。當Q2導通時(shí)，輸出電容器電荷得到補充以保持調節作用。實(shí)際上，變壓器或多或少會(huì )有一些漏電感，其決定了次級繞組中用于對輸出電容器進(jìn)行充電的電流的斜坡上升速率。漏電感和占空比會(huì )影響輸出電壓調節。應盡可能地減小漏電感并謹慎地選擇最大的工作占空比，以減輕它們對于調節的影響。憑借正確的設計，大概可以實(shí)現5%至10%(具體數值取決于負載電流范圍)的輸出電壓調節。

2. 具有交叉調節輸出的反激式轉換器

反激式轉換器能夠很容易地生成多個(gè)輸出，而不必像其他DC/DC轉換器拓撲那樣常常需要增設額外的輸出濾波電感器。在多輸出配置中(圖8)，只有一個(gè)輸出Vaux是直接調節的，而其他的VOUT則依靠交叉調節。一般地，通過(guò)使已調節輸出Vaux參考于初級側上的輸入VIN，就能免除圖5所示的已調節型反激式轉換器的光耦合器。次級側上的隔離式輸出VOUT可由式(4)給出：

式中的VRs和VRa分別是次級繞組和輔助繞組的等效電阻電壓降。VRs、VRa、VFD1和VFD2均為其自身電流的函數。在次級繞組和輔助繞組中流動(dòng)的電流是不均勻的，因而在VOUT和Vaux之間的負載調節中導致失配。結果，VOUT的負載調節就沒(méi)有Vaux那么好。隔離式輸出與VIN無(wú)關(guān)，這表明可獲得優(yōu)良的線(xiàn)路輸入電壓調節性能。由于交叉調節輸出取決于負載電流范圍，故而通?？梢詫?shí)現5%至10%的輸出電壓調節。

3. PSR反激式轉換器

雖然線(xiàn)路輸入電壓調節性能優(yōu)良，但是Fly-Buck和依賴(lài)于交叉調節的反激式轉換器均無(wú)法補償負載電流對輸出電壓調節的影響。因此，輸出電壓準確度取決于負載電流。PSR反激式轉換器(圖9)旨在通過(guò)更加準確地檢測輸出電壓來(lái)最大限度地抑制這種依存性。

通過(guò)運作于不連續導通模式(DCM)或邊界導通模式(BCM)，次級電流在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中恢復至零。圖10示出了DCM中的輔助繞組電壓分布。PSR反激式轉換器通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的鑒頻器和采樣器電路在拐點(diǎn)處(此時(shí)的次級電流近似為零)檢測輔助繞組電壓VSENSE。在采樣點(diǎn)上，由于次級電流為零，因此在繞組和走線(xiàn)兩端沒(méi)有電阻壓降。而且，采樣點(diǎn)處的二極管正向壓降變成一個(gè)常數VOFFSET，這與實(shí)際負載電流無(wú)關(guān)。于是，檢測電壓變?yōu)椋?/p>

正因為如此，無(wú)論負載電流怎樣，VSENSE都很好地代表了輸出電壓，僅具有一個(gè)可通過(guò)調整電壓反饋電阻分壓器予以抵消的固定電壓。這樣，負載電流對于輸出電壓調節的影響便得到了最大限度的減弱，并可預期實(shí)現上佳的負載調節。由于PSR反激式轉換器對線(xiàn)路輸入電壓和負載變動(dòng)均實(shí)施了補償，所以能夠實(shí)現優(yōu)于5%的總調節性能。

結論

為了實(shí)現電流隔離和安全性并改善抗噪聲能力，在隔離式DC/DC轉換器中對次級側和初級側進(jìn)行了電隔離。功率級和控制電路都運用了這種隔離。輸出電壓的檢測和調節方式?jīng)Q定了輸出電壓調節準確度。未調節型隔離式DC/DC轉換器擁有最低的成本和最簡(jiǎn)單的電路，但沒(méi)有調節功能。已調節型隔離式DC/DC轉換器可在整個(gè)線(xiàn)路輸入電壓、負載和溫度范圍內提供嚴格的調節，但需要使用一個(gè)光耦合器或數字隔離器IC。半調節型隔離式DC/DC轉換器則在輸出電壓調節和電路復雜性之間進(jìn)行了折衷。最合適的解決方案應根據具體的應用需求來(lái)選擇。