隔離型DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹

區(qū)別于非隔離型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓，在隔離型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓拓?fù)渲校芰渴峭ㄟ^(guò)相互耦合的磁場(chǎng)元件(變壓器)傳遞，源極與負(fù)載僅僅是通過(guò)磁場(chǎng)耦合的，所以在輸入與輸出之間有電隔離。

隔離型 DC-DC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對(duì)隔離型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器而言，常用拓?fù)湟话闶欠醇な?Flyback)，正激式(For-ward)和推挽式(Push-pull)這三種。

在這些隔離型轉(zhuǎn)換器中，從輸入到輸出的能量傳遞是通過(guò)變壓器完成的。能量通過(guò)相互耦合的磁場(chǎng)元件(變壓器)傳遞，源極與負(fù)載僅僅是通過(guò)磁場(chǎng)耦合的，所以形成了輸入與輸出之間的電隔離。與非隔離型轉(zhuǎn)換器一樣，穩(wěn)壓的過(guò)程是通過(guò) PWM 控制器在反饋回路中調(diào)節(jié)輸出電壓實(shí)現(xiàn)。

反激式 Flyback

反激式(Flyback)轉(zhuǎn)換器可以把一個(gè)較高的輸入電壓，轉(zhuǎn)換為一個(gè)較低的穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān) S1 閉合的時(shí)候，能量存儲(chǔ)在變壓器的磁芯中，而當(dāng)開(kāi)關(guān) S1 斷開(kāi)的時(shí)候，再把能量傳遞到次級(jí)端。其拓?fù)鋱D如下：

注：圖中的開(kāi)關(guān) S1 實(shí)際為電子開(kāi)關(guān)(可為功率 MOS 管)，此處為了易于理解，簡(jiǎn)化為普通的開(kāi)關(guān)。

各節(jié)點(diǎn)的波形曲線：

可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)lyback 與 Buck-Boost 傳遞公式只相差了 1/N 這個(gè)系數(shù)。Flyback 的優(yōu)點(diǎn)在占空比很小的情況下，輸出電壓可以調(diào)得很高，所以很適用于輸出高電壓的電源。其次，也可以添加多個(gè)次級(jí)繞組，實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出，且極性可以各不相同，適用于低成本設(shè)計(jì)。

Flyback 的缺點(diǎn)是，需要謹(jǐn)慎選擇變壓器氣隙磁芯，不應(yīng)使其進(jìn)入飽和狀態(tài)，因?yàn)槿绻艤F(xiàn)象很?chē)?yán)重的話，會(huì)使變壓器的效率大幅降低。另外，因峰值電流很高，繞組中的渦電流損耗也是一個(gè)問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題限制了 Flyback 的實(shí)際可操作頻率范圍。最后當(dāng) S1 打開(kāi)的瞬間，初級(jí)繞組上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的感性尖峰，這會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管造成很大的壓力。

正激式 Forward

正激式 Forward 可根據(jù)關(guān)于匝數(shù)比的函數(shù)，生成一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。其拓?fù)鋱D如下：

?

各節(jié)點(diǎn)的波形曲線：

相比 Flyback 的區(qū)別是，F(xiàn)orward 是連續(xù)將能量通過(guò)變壓器從初級(jí)傳遞到次級(jí)的，而不需要將能量?jī)?chǔ)存在變壓器的氣隙磁芯中。這樣一來(lái)磁芯不再需要?dú)庀?，相?yīng)地也不會(huì)帶來(lái)?yè)p耗和 EMI 輻射。因?yàn)榇艤p耗在 Forward 中不再是哥嚴(yán)重的問(wèn)題，所以磁芯的電感可以很大，峰值電流可以因此降低，這一來(lái)又進(jìn)一步減小了繞組和二極管中的損耗，也降低了輸入輸出的紋波電流。

所以，在相同輸出功率下，F(xiàn)orward 比 Flyback 效率高，但缺點(diǎn)是成本也相對(duì)高，且需要設(shè)置一個(gè)最小負(fù)載以保持不會(huì)進(jìn)入非連續(xù)模式，因?yàn)樵诜沁B續(xù)模式下，能量傳遞的方式是完全不同的。

有源鉗位正激式 Active Clamp

推挽式 Push-Pull