【導(dǎo)讀】電氣隔離電源被廣泛用于各種應(yīng)用的原因有很多。在某些電路上，出于安全考慮，必須實施電氣隔離。在其他電路中，則會使用功能性隔離來攔截信號受到的干擾。
電氣隔離電源被廣泛用于各種應(yīng)用的原因有很多。在某些電路上，出于安全考慮，必須實施電氣隔離。在其他電路中，則會使用功能性隔離來攔截信號受到的干擾。
電氣隔離電源設(shè)計一般采用反激式轉(zhuǎn)換器。這些調(diào)節(jié)器的設(shè)計非常簡單。圖1所示為這類調(diào)節(jié)器的典型設(shè)計，其中采用了一個 ADP1071 反激式控制器。之所以能看出這是一個反激式轉(zhuǎn)換器，是因為它的點和變壓器并不匹配。其中采用了原邊電源開關(guān)(Q1)。此外，也需要采用副邊整流器電路。這可以采用肖特基二極管來實現(xiàn)，但為了獲得更高效率，一般會使用一個有源開關(guān)（圖1中為Q2）。對應(yīng)的ADP1071控制器負責(zé)控制這些開關(guān)，并為反饋路徑FB提供電氣隔離。
圖 1. 典型的反激式穩(wěn)壓器（反激式轉(zhuǎn)換器），功率最高可達約 60 W 。
雖然反激式轉(zhuǎn)換器極為常用，但這種拓撲存在實用局限性。圖1中的變壓器T1并未作為典型的變壓器使用。當Q1處于開啟狀態(tài)時，不會有電流流經(jīng)T1的次級繞組。初級電流的電能幾乎全部存儲在變壓器線圈中。降壓轉(zhuǎn)換器在扼流圈（電感）中存儲電能，反激式轉(zhuǎn)換器采用與之類似的方式在變壓器中存儲電能。當Q1處于閉合狀態(tài)時，T1的次級會形成電流，為輸出電容COUT 和輸出提供電能。這種概念很容易實現(xiàn)，但在更高功率下概念本身存在局限。變壓器T1被用作儲能元件。所以，該變壓器也能稱為耦合電感（扼流圈）。這就要求變壓器存儲所需的電能。電源的電能等級越高，需要的變壓器體積越大，成本越高。在大部分應(yīng)用中，功率上限約為60 W。
如果需要使用電氣隔離電源來獲取更高功率，那么正向轉(zhuǎn)換器是一個不錯的選擇。概念如圖2所示。在這里，變壓器真正用作典型變壓器。當電流流過初級的Q1時，次級也會形成電流。所以，變壓器無需具備儲能作用。事實上，反過來也是成立的。必須確保變壓器始終在Q1閉合期間放電，以免它在幾個周期后意外達到飽和。
圖 2. 反激式控制器（正向轉(zhuǎn)換器），功率最高可達約 200 W 。
如果是實現(xiàn)相同功率，正向轉(zhuǎn)換器所需的變壓器體積比反激式轉(zhuǎn)換器所需的體積小。所以，即使在功率等級低于60 W時，正向轉(zhuǎn)換器也非常實用。但存在一個缺點，即必須避免變壓器線圈在每個周期無意地存儲電能，這應(yīng)由圖2中開關(guān)Q4和電容C C 的有源箝位布線實現(xiàn)。此外，正向轉(zhuǎn)換器一般要求在輸出端采用額外的電感L1。但是，如此之后，在同等功率水平下，輸出電壓的紋波會比使用反激式轉(zhuǎn)換器時低。
電源管理IC（例如來自ADI的ADP1074）提供了一個非常緊湊的正向轉(zhuǎn)換器設(shè)計解決方案。當需要高于約60 W的功率水平時，通常會使用這種結(jié)構(gòu)。低于60 W時，根據(jù)電路的復(fù)雜性和可實現(xiàn)的效率，采用正向轉(zhuǎn)換器也是比采用反激式轉(zhuǎn)換器更好的選擇。為了更簡單地確定使用哪種拓撲，建議使用免費電路模擬器LTspice模擬仿真。圖3所示為在LTspice模擬環(huán)境下，ADP1074正向轉(zhuǎn)換器電路的模擬仿真原理圖。
圖 3. LTspice® 中模擬的采用 ADP1074 的電路示例。
ADP1074
●電流模式控制器，實現(xiàn)有源鉗位正激式拓撲
●集成5 kV（寬體SOIC封裝）或3.0 kV（LGA封裝）電介質(zhì)額定絕緣電壓，采用ADI公司的iCoupler專利技術(shù)
●寬電源電壓范圍
●主面VIN：高達60 V
●輔面VDD2：高達36 V
●用于電源開關(guān)和有源鉗位復(fù)位開關(guān)的集成1 A主面MOSFET驅(qū)動器
●用于同步整流的集成1 A輔面MOSFET驅(qū)動器
●集成誤差放大器和<1%精密基準電壓
●可編程斜率補償
●可編程頻率范圍：50 kHz至600 kHz（典型值）
●頻率同步
●可編程最大占空比限值
●可編程軟啟動
●從預(yù)充電負載開始平穩(wěn)啟動
●可編程死區(qū)時間
●使用MODE引腳的省電輕負載模式
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