Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器的最大功率輸出

Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器(如圖 1 所示)是一種生成低功率隔離偏置軌的簡(jiǎn)單方法，因?yàn)樗恍枰魏位诠怦詈掀鞯难a(bǔ)償環(huán)路或額外的繞組來調(diào)節(jié)隔離輸出。Fly-Buck 是一種初級(jí)側(cè)穩(wěn)壓 (PSR) 轉(zhuǎn)換器。初級(jí)(非隔離)輸出使用閉環(huán)反饋直接調(diào)節(jié)。次級(jí)(隔離)輸出調(diào)節(jié)基于關(guān)斷期間初級(jí)和次級(jí)輸出電容器的變壓器耦合。

Fly-Buck 變壓器設(shè)計(jì)與反激式變壓器相比并沒有太大的區(qū)別。初級(jí)繞組是經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出繞組。初級(jí)繞組的設(shè)計(jì)與降壓拓?fù)渲惺褂玫碾姼衅髟O(shè)計(jì)一樣簡(jiǎn)單，而且類似于反激式變壓器中的穩(wěn)壓二級(jí)繞組。電感值的計(jì)算與降壓拓?fù)渌玫挠?jì)算方法相同，其中包括紋波電流、輸入電壓與開關(guān)頻率。標(biāo)準(zhǔn)變壓器設(shè)計(jì)理論的匝數(shù)比可用來計(jì)算未穩(wěn)壓二級(jí)繞組上的二級(jí)匝數(shù)。不同繞組間的耦合是在所有層之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)交叉穩(wěn)壓的關(guān)鍵，可最大程度減少漏電感及其相關(guān)問題，提高變壓器效率。

圖 1：Fly-buck 轉(zhuǎn)換器。

Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器的無源次級(jí)調(diào)節(jié)環(huán)路中存在許多非理想元件，如圖 2 所示。這些阻抗導(dǎo)致公式 1 指定的目標(biāo)次級(jí)輸出電壓與實(shí)際次級(jí)輸出電壓之間的不匹配。

圖 2：Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)環(huán)路中的阻抗。

隨著次級(jí)輸出上的負(fù)載電流增加，繞組電流和調(diào)節(jié)路徑中阻抗的壓降也增加。

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(shí)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(dòng)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(yīng)用中，在線路電壓及負(fù)載電流范圍內(nèi)對(duì)隔離式輸出進(jìn)行穩(wěn)壓，通常要比圖 1 所示電路所能實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格得多。

圖 3 顯示了電感繞組中的電流如何隨著負(fù)載電流的變化而變化。為了更好的調(diào)節(jié)，選擇漏電感低(耦合更好)和繞組電阻低的變壓器(耦合電感)。

圖 3：次級(jí)負(fù)載增加時(shí)的電感繞組電流。

功率傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)發(fā)生在降壓開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間(同步整流器開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間)。對(duì)于給定的負(fù)載電流，次級(jí)繞組平均電流保持不變，而次級(jí)繞組導(dǎo)通時(shí)間縮短。這導(dǎo)致次級(jí)繞組中的峰值電流更高，并且變壓器的初級(jí)繞組和反射電流更高。

圖 4 顯示了較低輸入電壓對(duì)峰值繞組電流的影響。峰值繞組電流和斜率的增加導(dǎo)致 fly-buck 次級(jí)調(diào)節(jié)路徑的阻抗下降更大。因此，即使初級(jí)電壓得到調(diào)節(jié)，次級(jí)調(diào)節(jié)也會(huì)隨著輸入電壓的下降而受到影響。

圖 4：電感繞組電流與輸入電壓(或占空比)的關(guān)系。

為了獲得良好的調(diào)節(jié)，不要設(shè)計(jì)大于二分之一的占空比，除非次級(jí)上的負(fù)載非常輕：

D < 0.5(等式 2)

根據(jù)初級(jí)輸出電壓 (V OUT1 ) ，等效建議如公式 3所示：

公式 4 近似于高輸入電壓下 Fly-buck 轉(zhuǎn)換器的最大功率輸出：

對(duì)于較低的輸入電壓，最大功率受輸入電壓的限制，由公式 5 給出：

圖 5 中的圖表指導(dǎo)用戶估計(jì) TI 的 Fly-Buck 系列穩(wěn)壓器的最大可用功率。

圖 5：TI Fly-Buck 穩(wěn)壓器的最大輸出功率與最小工作輸入電壓的關(guān)系。

為確保您的 Fly-Buck 設(shè)計(jì)有足夠的輸出功率，請(qǐng)牢記以下準(zhǔn)則：

· 根據(jù)圖 5 中的推薦功率范圍選擇穩(wěn)壓器。

· 選擇變壓器的匝數(shù)比，使占空比保持在推薦范圍內(nèi)。

· 最大限度地減少變壓器的泄漏，以實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)節(jié)。