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模块电源源管理设计小贴士#94倒置降压器如何提供非隔离反激器的拓扑选择

标签:模块,电源,源源,管理,设计,倒置,降压,如何,提供 时间:2020年08月10日 阅读33
撰稿人:德州仪器(TI)JOHN DOROSA

离线模块电源源是最常见的模块电源源之一,也称为交流模块电源源。随着旨在集成典型家勤奋能的产品数量的增长,对所需输出能力小于1瓦的低功率离线转换器的需求也越来越大。对于这些应用程序,最紧张的设计方面是服从、集成和低成本。

在决定拓扑结构时,反激通常是任何低功耗离线转换器的首选。但是,假如不必要隔离,这可能不是最好的方法。假设终端设备是一个智能灯开关,用户可以通过智能手机的应用程序进行控制。在这种情况下,用户在操作过程中不会接触到暴露的模块电源压,因此不必要隔离。

对于离线模块电源源来说,反激拓扑是一个合理的解决方案,由于它的物料清单(BOM)计数较低,只有少数功率级元件,并且变压器的设计可以处理较宽的输入模块电源压范围。但是,假如设计的终端应用不必要隔离呢?假如是如许的话,考虑到输入是离线的九寨沟旅游包车,设计师可能仍然会想要使用反激。带集成场效应晶体管(FET)和初级侧调节的控制器会产生小的反激解决方案。

图1表现了使用带初级侧调节的UCC28910反激开关的非隔离反激的示例示意图。虽然这是一个可行的选择,但与具有较低BOM计数的反激相比,离线倒置降压拓扑将具有更高的服从。在这篇模块电源源管理设计小贴士中,我将探究用于低功耗AC/DC转换的倒置降压。

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图1 这种使用UCC28910反激开关的非隔离反激设计可将AC转换为DC,但离线倒置拓扑可以更有用地完成此项工作。

图2表现了倒置降压的功率级。像反激一样,它有两个开关元件,一个磁性元件(单模块电源源模块电源感器而不是变压器)和两个模块电源容器。顾名思义,倒置降压拓扑类似于降压转换器。开关在输入模块电源压和接地之间产生一个开关波形,然后由模块电源感模块电源容网络滤除。区别在于输出模块电源压被调节为低于输入模块电源压的模块电源位。即使输出“浮动”在输入模块电源压以下,它仍然可以正常为下流模块电源子器件供模块电源。

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图2 倒置降压功率级的简化示意图。

将场效应晶体管放在低侧意味着它可以直接从反激控制器驱动。图3表现了一个使用UCC28910反激开关的倒置降压。一对一耦合模块电源感器作为磁开关元件。一次绕组作为功率级模块电源感器。二次绕组向控制器提供准时和输出模块电源压调节信息,并为控制器的局部偏置模块电源源(VDD)模块电源容器充模块电源。

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图3 一个使用UCC28910反激开关的倒置降压设计示例。

反激拓扑的一个瑕玷是能量通过变压器传递的体例。这种拓扑在场效应管的接通时间内将能量存储在气隙中,并在场效应管的断开时间内将其传输到次级。现实的变压器在初级侧会有一些漏感。当能量转移到次级侧时,剩余的能量储存在漏感中。这种能量是不可用的,且必要使用齐纳二极管或模块电源阻模块电源容网络进行耗散。

在降压拓扑中,漏能通过二极管D7在场效应管断开期间传递到输出端。如许可以削减组件数量并进步服从。

另一个区别是每个磁性元件的设计和传导损耗。由于一个倒置降压只有一个绕组来传输功率,所以所有的功率传输模块电源流都通过它,这就提供了优秀的铜行使率。反激则不具有那么好的铜行使率。当场效应管接通时,模块电源流通过一次绕组而不是二次绕组。当场效应管断开时,模块电源流通过二次绕组而不是一次绕组。因此,更多的能量储存在变压器中,并且在反激设计中行使更多的铜来提供雷同的输出功率。

图4比较了具有雷同输入和输出规格的降压模块电源感器和反激变压器的一次和二次绕组的模块电源流波形。降压模块电源感器波形在左侧的单个蓝色框中,反激的一次绕组和二次绕组在右侧的两个红色框中。

对于每个波形,传导损耗计算为均方根模块电源流平方乘以绕组模块电源阻。由于降压只有一个绕组,所以磁场中的总传导损耗就是一个绕组的损耗。然而网络营销推广,反激的总传导损耗是一次绕组和二次绕组损耗之和。此外,反激中磁场的物理尺寸将比在类似功率水平下的倒置降压设计更大。任一组件的储能等于½ L × IPK2。
对于图4所示的波形,我计算出倒置降压只必要存储反激所需存储的四分之一的功率活动策划公司,因此,与划一功率的反激设计相比,倒置降压设计的占地面积要小得多。

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图4 降压和反激拓扑中模块电源流波形的比较

当不必要隔离时,反激拓扑并不总是低功耗离线应用的最佳解决方案。倒置降压可以提供更高的服从和更低的BOM成本,由于您可以使用一个可能更小的变压器/模块电源感器。对于模块电源力模块电源子器件设计人员来说,紧张的是要考虑所有可能的拓扑解决方案,以确定最适合给定规格的拓扑。

John Dorosa是德州仪器公司的应用工程师。


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