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電氣隔離電源被廣泛用於各種應用。其原因有很多。在有些電路中,出於安全考慮,必須實施電氣隔離。在其他電路中,則使用功能性隔離來攔截訊號受到的干擾。

電氣隔離電源設計一般採用反激式轉換器。這些調節器的設計非常簡單。圖1所示為這類調節器的典型設計,其中採用了一個 ADP1071 反激式控制器。之所以能看出這是一個反激式轉換器,是因為它的點和變壓器並不匹配。其中採用了原邊電源開關(Q1)。此外,也需要採用副邊整流器電路。這可以採用肖特基二極體來實現,但為了獲得更高效率,一般會使用一個有源開關(圖1中為Q2)。對應的ADP1071控制器負責控制這些開關,併為反饋路徑FB提供電氣隔離。

圖 1. 典型的反激式穩壓器(反激式轉換器),功率最高可達約 60 W 。

雖然反激式轉換器極為常用,但這種拓撲存在實用侷限性。圖1中的變壓器T1並未作為典型的變壓器使用。當Q1處於開啟狀態時,不會有電流流經T1的次級繞組。初級電流的電能幾乎全部儲存在變壓器線圈中。

降壓轉換器在扼流圈(電感)中儲存電能,反激式轉換器採用與之類似的方式在變壓器中儲存電能。當Q1處於閉合狀態時,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,但在更高功率下概念本身存在侷限。

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)。這就要求變壓器儲存所需的電能。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,那麼正向轉換器是一個不錯的選擇。概念如圖2所示。在這裡,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,以免它在幾個週期後意外達到飽和。

圖 2. 反激式控制器(正向轉換器),功率最高可達約 200 W 。

如果是實現相同功率,正向轉換器所需的變壓器體積比反激式轉換器所需的體積小。所以,即使在功率等級低於60 W時,正向轉換器也非常實用。但存在一個缺點,即必須避免變壓器線圈在每個週期無意地儲存電能,這應由圖2中開關Q4和電容C C 的有源箝位佈線實現。此外,正向轉換器一般要求在輸出端採用額外的電感L1。但是,如此之後,在同等功率水平下,輸出電壓的紋波會比使用反激式轉換器時低。

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換器設計解決方案。當需要高於約60 W的功率水平時,通常會使用這種結構。低於60 W時,根據電路的複雜性和可實現的效率,採用正向轉換器也是比採用反激式轉換器更好的選擇。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模擬模擬。圖3所示為在LTspice模擬環境下,ADP1074正向轉換器電路的模擬模擬原理圖。

圖 3. LTspice® 中模擬的採用 ADP1074 的電路示例。

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最新評論
  • 3本作者大大最好的一本小說,劇情讓人拍手叫好,連看三遍也不膩
  • 天啊,這也有假 ?