作者：ADI現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Frederik Dostal

許多電路都需要電氣隔離。為了達(dá)到電氣隔離的目的，人們通常會(huì)使用變壓器。在各類(lèi)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中也會(huì)看到利用變壓器來(lái)傳輸電能的身影。其中，反激式轉(zhuǎn)換器是一種廣泛使用的電路類(lèi)型，尤其適用于大約50W或更低的功率。

圖1顯示了簡(jiǎn)單的反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1接通時(shí)，反激式轉(zhuǎn)換器將電能存儲(chǔ)在變壓器線圈T1中。當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，存儲(chǔ)在線圈中的電能經(jīng)由T1的次級(jí)繞組，再經(jīng)由續(xù)流二極管D1傳輸至輸出。

圖1.反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖

從圖1可以看出，除了電源路徑，還需要反饋路徑（綠色所示）。該路徑用于準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輸出電壓。遺憾的是，這個(gè)反饋路徑是相當(dāng)復(fù)雜的，因?yàn)榉答佇盘?hào)也必須通過(guò)電氣隔離器進(jìn)行傳輸。為此，可以使用光耦合器或數(shù)字隔離器模塊，例如ADuM3190。反饋信號(hào)也可以在初級(jí)側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，在這種情況下，無(wú)需對(duì)反饋路徑進(jìn)行電氣隔離。

使用ADI提供的無(wú)光耦產(chǎn)品平臺(tái)中的轉(zhuǎn)換器，可以輕松構(gòu)建小型電氣隔離反激式電路。圖2顯示LT8301，其輸入電壓高達(dá)42V，最大開(kāi)關(guān)電流為1.2A。在圖2所示的電路中，沒(méi)有從輸出電壓回流至初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的反饋路徑。但是，通過(guò)變壓器提供了一個(gè)隱藏的內(nèi)部反饋路徑。在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，測(cè)量通過(guò)變壓器的初級(jí)繞組反射回來(lái)的電壓。這樣就可以獲取有關(guān)初級(jí)側(cè)輸出電壓狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。

圖2.采用無(wú)光耦LT8301構(gòu)建的高度緊湊、易于使用的反激式轉(zhuǎn)換器電路

除了這個(gè)電氣隔離解決方案，還可以使用另一種非常不錯(cuò)的方式來(lái)構(gòu)建電氣隔離反激式電路。此技術(shù)如圖3所示。它被稱(chēng)為隔離降壓轉(zhuǎn)換器。

圖3.采用MAX17681的隔離降壓轉(zhuǎn)換器

一般反激轉(zhuǎn)換器和隔離降壓轉(zhuǎn)換器之間的主要區(qū)別在于初級(jí)變壓器繞組和地之間的電容CBUCK。在MAX17681中，變壓器的初級(jí)繞組由半橋驅(qū)動(dòng)。這意味著，MAX17681具有高端和低端開(kāi)關(guān)。在無(wú)光耦反激式轉(zhuǎn)換器（圖2）中，只包含一個(gè)開(kāi)關(guān)，位于變壓器的初級(jí)繞組和地之間。

隔離降壓轉(zhuǎn)換器可以視為一個(gè)簡(jiǎn)單的降壓轉(zhuǎn)換器，具有耦合電感，因此可產(chǎn)生隔離電壓。圖3中的藍(lán)線表示降壓轉(zhuǎn)換器。CBUCK的電壓對(duì)應(yīng)這個(gè)集成式降壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)電壓。

這兩種電氣隔離開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器概念都無(wú)需通過(guò)光耦合器進(jìn)行信號(hào)反饋。那么每種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是什么呢？

總體來(lái)看，無(wú)光耦轉(zhuǎn)換器（圖2）無(wú)需使用大型初級(jí)側(cè)旁路電容(CBUCK)，由一個(gè)開(kāi)關(guān)從內(nèi)部驅(qū)動(dòng)。隔離降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)在于：可額外提供一個(gè)精密調(diào)節(jié)的初級(jí)側(cè)電壓。例如，它可以用在系統(tǒng)中為初級(jí)側(cè)電路的電子器件提供電能。在設(shè)置時(shí)，必須確保在使用具有對(duì)應(yīng)匝數(shù)比的變壓器時(shí)，能夠生成所需的電氣隔離電壓VOUT2。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc.(NASDAQ: ADI)在現(xiàn)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)的中心發(fā)揮重要作用，憑借其種類(lèi)豐富的模擬與混合信號(hào)、電源管理、RF、數(shù)字與傳感技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成有行動(dòng)意義的洞察。ADI服務(wù)于全球12.5萬(wàn)家客戶，在工業(yè)、通信、汽車(chē)與消費(fèi)市場(chǎng)提供超過(guò)7.5萬(wàn)種產(chǎn)品。ADI公司總部位于馬薩諸塞州威明頓市。更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：http://www.analog.com/cn。

關(guān)于作者

Frederik Dostal曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔(dān)任電源管理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。