反激式拓撲的工作原理

作者： Vijay Choudhary 和 Sourav Sen德州儀器

過去幾年，各種工業(yè)應用設計人員對 Fly-Buck? 拓撲產(chǎn)生了濃厚的興趣。與更多常見隔離式拓撲相比，F(xiàn)ly-Buck 隔離式拓撲可提供更低成本的替代解決方案。本博客系列共有兩篇文章。在第一篇中，我們不僅將簡單介紹反激式拓撲的工作原理，而且還將提供一種用于改進隔離式輸出穩(wěn)壓的簡單設計方案。

Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器源自一種同步降壓轉(zhuǎn)換器，采用耦合電感器或反激式變壓器替代輸出濾波器電感器。Fly-Buck 拓撲的工作原理在 ［1］ 中進行了詳細介紹。盡管 Fly-Buck 拓撲為人們所知已有一段時間，但到了 LM5017 等集成型高電壓同步 COT 穩(wěn)壓器推出后，由于無需任何外部補償，才簡化了其使用。現(xiàn)在我們可以看到，這種拓撲已廣泛應用于 PoE （33VIN-57VIN）、電信 （48 VIN） 以及其它隔離式偏置應用領(lǐng)域。

如圖 1 所示，基本 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器可對一次輸出進行穩(wěn)壓，而二次隔離式輸出可“跟隨”穩(wěn)壓后的一次輸出。額定二次輸出電壓的計算公式為：

其中，N1/N2 是變壓器的匝數(shù)比，VF 是二次整流二極管的正向偏置壓降。

圖 1. 支持一次及隔離式輸出的 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器

二次穩(wěn)壓可受到多種因素影響，其中包括輸入輸出電壓占空比、變壓器漏電感、電源傳輸（關(guān)斷時間 TOFF 下）過程中電流循環(huán)路徑的電阻下降，以及二極管正向壓降隨溫度及正向電流 IF 的變化等。與主動控制的一次輸出電壓相比，所有這些因素可降低二次輸出穩(wěn)壓性能。在一些應用中，在線路電壓及負載電流范圍內(nèi)對隔離式輸出進行穩(wěn)壓，通常要比圖 1 所示電路所能實現(xiàn)的嚴格得多。

基于 LM5017 的完整 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器電路如圖 2 所示。在該原理圖中，用來保持 12V 額定穩(wěn)壓一次電壓的 RFB2 的典型值為 8.25k。RFB2 和 RFB1 的典型值可以根據(jù) 1.225V 下的 VFB 引腳電壓典型值以及相對應的分壓器電路 （RFB2//RFB1） 輕松得出。［2］ 中給出的應用圖能夠更詳細地說明該計算。

圖 2. 基于 LM5017 的 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器電路，沒有基于光耦合器的穩(wěn)壓電路

采用這種配置，一次輸出電壓得到了極好的穩(wěn)壓，能夠達到預期效果，但我們可以觀察到二次輸出電壓因二次負載電流而產(chǎn)生的穩(wěn)壓喪失，如圖 3 所示。從圖 3 還可以看到，隨著線路電壓的升高，二次輸出電壓更加偏離了 5V 的額定二次輸出電壓。

圖 3. LM5017 隔離式輸出電壓穩(wěn)壓

要改善該隔離式輸出電壓的穩(wěn)壓問題，在這里也可使用一個可重復的簡單解決方案。該設計包括一直用于許多其它隔離式拓撲的專用反饋補償電路。用戶只需使用一款光耦合器及并聯(lián)穩(wěn)壓器 LM431A，即可設計可對二次側(cè)進行穩(wěn)壓的簡單隔離式補償電路。我們將在本博客系列的第二篇文章中討論該補償電路及效果。