兩個(gè)路輸出優(yōu)于一路輸出的反激式轉(zhuǎn)換器方案

反激式轉(zhuǎn)換器廣泛用于需要初級和次級之間隔離的應(yīng)用。反激式轉(zhuǎn)換器的單初級開關(guān)和輸出整流器為單輸出提供了一種具有成本效益的解決方案。很多時(shí)候，需要不止一個(gè)輸出電壓。通常，反激式轉(zhuǎn)換器生成隔離輸出，例如 5V，負(fù)載點(diǎn) (POL) 非隔離轉(zhuǎn)換器從 5V 輸出生成第二個(gè)輸出，例如 3.3V（圖 1）。如果 POL IC 具有內(nèi)部 FET，則至少需要輸入電容器和輸出電感器。一個(gè)更具成本效益的替代方案是在反激變壓器上添加第二個(gè)繞組，以及第二個(gè)整流器以生成第二個(gè)輸出（圖 2）。與 POL IC、輸入電容器和電感器相比，第二個(gè)繞組加上整流器只會使設(shè)計(jì)成本增加幾美分。

圖 1. 帶有用于第二個(gè)輸出的 POL 轉(zhuǎn)換器的單隔離輸出

圖 2. 帶有額外變壓器繞組/整流器的雙隔離輸出

其中一個(gè)輸出通常由反饋控制環(huán)路調(diào)節(jié)，而另一個(gè)輸出通過變壓器匝數(shù)比跟蹤調(diào)節(jié)后的輸出。同步整流通常在輸出端實(shí)現(xiàn)，最大限度地減少了整流器負(fù)載時(shí)的壓降變化，并提供良好的交叉調(diào)節(jié)。最小化變壓器漏電感對于良好的交叉調(diào)節(jié)也很關(guān)鍵。

有兩種方法用于驅(qū)動同步整流器。第一種也是最簡單的方法是向反激式電源變壓器添加?xùn)艠O驅(qū)動繞組（圖 3）。這被稱為“自驅(qū)動”技術(shù)，只會使變壓器的成本增加幾美分。對初級 FET 和同步 FET 開關(guān)之間的時(shí)序幾乎沒有控制，這是一個(gè)缺點(diǎn)。主 FET 和同步 FET 都導(dǎo)通的時(shí)間很短，會產(chǎn)生短路，從而導(dǎo)致直通電流、功耗增加和效率降低。

圖 3. 控制同步 FET 的“自驅(qū)動”方法

驅(qū)動同步整流器的第二種方法是添加一個(gè)單獨(dú)的柵極驅(qū)動變壓器（圖 4）。成本高于在反激式電源變壓器上增加一個(gè)繞組，但仍低于增加一個(gè)POL轉(zhuǎn)換器。優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)在可以直接控制同步 FET 的開關(guān)，這將減少直通電流并提高效率。使用具有兩個(gè)柵極驅(qū)動器和可調(diào)延遲的脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器 IC（例如 TI 的 UCC2897A 或 TPS23754）將進(jìn)一步降低或消除直通電流，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。

TPS23754 和 TPS23756 器件具有合并的以太網(wǎng)供電 (PoE) 受電設(shè)備 (PD) 接口和電流模式直流/直流控制器（專門針對隔離式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了優(yōu)化）。此 PoE 接口支持 IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)。

TPS23754 和 TPS23756 支持多個(gè)輸入電壓 ORing 選項(xiàng)，其中包括最高電壓、外部適配器首選項(xiàng)和 PoE 首選項(xiàng)。這些 特性 使得設(shè)計(jì)人員在任何情況下都能確定哪個(gè)電源承擔(dān)負(fù)載。

PoE 接口 具有 與高功率中跨供電設(shè)備 (PSE) 兼容（符合 IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)）所需的新擴(kuò)展硬件分類。簽名檢測引腳也可被用來強(qiáng)制關(guān)閉 PoE 供電。使用一個(gè)單個(gè)電阻器可將分類設(shè)定為已定義類別中的任何一個(gè)。

該直流/直流控制器 采用 兩個(gè)具有可編程死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)柵極驅(qū)動器。這簡化了有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器或優(yōu)化的柵極驅(qū)動器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)高效的反激式拓?fù)?。如果只需單個(gè) MOSFET 拓?fù)湫枰瑒t可以禁用第二個(gè)柵極驅(qū)動器。該控制器還 具有 內(nèi)部軟啟動、自舉啟動電源、電流模式補(bǔ)償以及 78% 最大占空比等特性。一個(gè)可編程和可同步振蕩器可針對使用效率對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化并簡化控制器的使用以升級現(xiàn)有的電源設(shè)計(jì)。具有一個(gè)缺省周期的精確可編程消隱簡化了常見電流感測濾波器設(shè)計(jì)平衡。

圖 4. 用于控制同步 FET 的單獨(dú)柵極驅(qū)動變壓器

帶有同步整流器的雙輸出反激式轉(zhuǎn)換器示例的鏈接如下。前兩個(gè)示例使用自驅(qū)動方法來控制同步 FET。第三個(gè)示例雖然只有一個(gè)輸出，但演示了用于控制同步 FET 的柵極驅(qū)動變壓器和具有雙柵極驅(qū)動器/可調(diào)延遲的 PWM 控制器 IC。圖 4 顯示了如何將其擴(kuò)展到雙輸出。

· TI Designs 用于 PoE 應(yīng)用的 3 類雙路輸出隔離反激式轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)是一款具有雙 5V/3.3V 輸出的隔離式1 類以太網(wǎng)供電 (PoE) 反激式轉(zhuǎn)換器。它使用帶有單個(gè)柵極驅(qū)動器的 TPS23753A 受電設(shè)備 (PD)/PWM 控制器。自驅(qū)動同步整流提供了非常好的效率和輸出之間的交叉調(diào)節(jié)。

· 具有雙路輸出的高效 36-60V 輸入隔離式同步反激式參考設(shè)計(jì)是一款隔離式反激式轉(zhuǎn)換器，適用于具有 22W 雙 5V/3.3V 輸出的電信應(yīng)用。它使用帶有單個(gè)柵極驅(qū)動器的 LM5020 PWM 控制器。自驅(qū)動同步整流提供了非常好的效率和輸出之間的交叉調(diào)節(jié)。

· 適用于 PoE 應(yīng)用的 4 類效率優(yōu)化反激式轉(zhuǎn)換器是一款隔離式 4 類 PoE 反激式轉(zhuǎn)換器。它只有一個(gè) 5V 輸出，但同時(shí)使用單獨(dú)的柵極驅(qū)動變壓器和具有雙柵極驅(qū)動的 TPS23754 PD/PWM 控制器。僅轉(zhuǎn)換器的效率為 92%。