關(guān)于MPS中小功率隔離型開關(guān)電源設(shè)計(jì)分析和介紹

DCDC型隔離電源拓?fù)溆卸嗌俜N？

正激變換器 (Forward Converter)

優(yōu)點(diǎn)：

副邊電流連續(xù)，電流峰值小，變壓器銅損小，溫升低，鐵芯小

原邊電流峰值小，主管器件電流額定值相對(duì)較低

輸出電流連續(xù)，電容電流紋波電流小，電容設(shè)計(jì)相對(duì)容易

輸出側(cè)有電感，所以輸出電壓脈動(dòng)小

缺點(diǎn)：

器件相對(duì)較多，價(jià)格相對(duì)較貴

一般工作在CCM，對(duì)于開環(huán)工作系統(tǒng)，輸出接假負(fù)載，保證輕載時(shí)也工作在電流連續(xù)狀態(tài)

反激變換器 (Flyback Converter)

優(yōu)點(diǎn)：

價(jià)格便宜，電路簡(jiǎn)單（只有一個(gè)變壓器，且輸出沒有電感和續(xù)流二極管）

缺點(diǎn)：

輸出紋波大，損耗大，效率低，通常用于低功率場(chǎng)合：P<150W

反激變換器中通常加入氣隙，以防止變壓器飽和（加入氣隙后，磁化曲線變平，傳遞更多能量）

半橋變換器 (Half-Bridge Converter)

優(yōu)點(diǎn)：

Mos體二極管可以將開關(guān)管集射極電壓箍位在輸入電壓，所以無(wú)需額外復(fù)位繞組和吸收電路

輸出電壓紋波頻率為開關(guān)頻率的兩倍，所以輸出濾波電感和電容可以取得較小

半橋變換器的兩電容與倍壓整流115V/230V應(yīng)用相一致，方便配套使用

變壓器磁通正負(fù)交變，利用率高

缺點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，電流加倍（輸入電壓為VI/2）

晶體管之耐壓為輸入電壓，通常用于高輸入電壓場(chǎng)合

推挽變換器 (Push-Pull Converter)

優(yōu)點(diǎn)：

兩個(gè)功率管的驅(qū)動(dòng)電路具有相同的公共端，因此，在驅(qū)動(dòng)電路較為簡(jiǎn)單

雙管沒有橋式電路的驅(qū)動(dòng)直通問題

缺點(diǎn)：

功率管所需承受之電流要比半橋式小一半，不過(guò)耐壓卻要承受兩倍之輸入電壓方可，適合應(yīng)用在較大輸入電流、較低輸入電壓的場(chǎng)合。

全橋變換器 (Full-Bridge Converter)

優(yōu)點(diǎn)：

變壓器原邊僅一個(gè)繞組，變壓器可以工作在正負(fù)兩個(gè)方向，鐵芯利用率較高，且有較高之效率

D1/D2/D3/D4可以將開關(guān)管集射極電壓箍位在輸入電壓，所以無(wú)需額外復(fù)位繞組和吸收電路

輸出電壓紋波頻率為開關(guān)頻率兩倍，輸出濾波電感電容可取較小

全橋式變換器的功率晶體管，其所須承受之電壓與電流都比其它變換器小，因此，非常適合應(yīng)用在大功率輸出之裝置

缺點(diǎn)：

由于功率器件多，而且驅(qū)動(dòng)電路會(huì)相對(duì)復(fù)雜，在價(jià)格上就會(huì)貴些

五種基本拓?fù)浼捌溲苌Y(jié)構(gòu)是目前主流隔離型DCDC開關(guān)電源方案，MPS在反激型和半橋諧振型電路驅(qū)動(dòng)方案上有較豐富的產(chǎn)品供選擇。

這里針對(duì)反激型（Flyback）電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行概述，使你飛速進(jìn)階，可獨(dú)立進(jìn)行反激開關(guān)電源的設(shè)計(jì)：

反激式拓?fù)浠咎攸c(diǎn)：

此拓?fù)渲谐跫?jí)側(cè)開關(guān)管和次級(jí)整流管承受最高應(yīng)力（電壓和電流）

反激式變換器對(duì)于小于150W的應(yīng)用是最常用的變換拓?fù)洌ㄈ鐖D1）

圖1：典型Flyback電路構(gòu)造

圖2：簡(jiǎn)化型Flyback結(jié)構(gòu)

基本特性包括（參考圖2）

由變壓器T，開關(guān)管Q，二極管D和濾波電容C組成

Ton時(shí): D截止，電感儲(chǔ)能

Toff時(shí): D導(dǎo)通

能量不能突變，磁通不能突變

工作原理：

1

功率管導(dǎo)通時(shí)，僅初級(jí)繞組處于激活狀態(tài)，變壓器為一簡(jiǎn)單串聯(lián)電感器，初級(jí)線圈之變化率，則可表示為：

初級(jí)繞組電流會(huì)線性增加，此時(shí)在鐵芯中之磁通密度會(huì)從剩磁增加至工作峰值。

2功率管截止時(shí)，初級(jí)繞組電流降為零，由于安匝（磁通密度）不能突變，變壓器繞組極性變化，副邊二極管導(dǎo)通，反饋能量。

次級(jí)線圈之變化率，則可表示為：

次級(jí)圈電流由最大值變至零，此時(shí)在鐵芯中之磁通密度會(huì)從工作峰值降至剩磁。

3對(duì)于反激式變換器，在一個(gè)周期內(nèi)，可以自動(dòng)完成磁復(fù)位。

設(shè)計(jì)中的常用參量設(shè)計(jì)：

1VOR的選擇

VOR – 反射的輸出電壓 在開關(guān)管關(guān)斷期間，輸出電壓會(huì)呈現(xiàn)在次級(jí)繞組兩端。通過(guò)變壓器變比，此電壓會(huì)呈現(xiàn)在初級(jí)繞組兩端。該電壓為輸出電壓的反射電壓。

VOR較高：初級(jí)電流的峰值和RMS值較低 ；可以降低開關(guān)管關(guān)斷時(shí)加在次級(jí)二極管兩端的電壓 ；增大開關(guān)管關(guān)斷時(shí)加在開關(guān)管兩端的電壓 ；增大了次級(jí)側(cè)的峰值電流 ；增大了占空比；

VOR較低：通常適用于多路輸出的設(shè)計(jì) ；導(dǎo)致次級(jí)二極管兩端承受的反向電壓較高 ；增大初級(jí)側(cè)的峰值電流 。

根據(jù)方案的不同設(shè)計(jì)要求，會(huì)有軟開關(guān)和硬開關(guān)的設(shè)計(jì)區(qū)別，在開關(guān)損耗上會(huì)有不同。

2初級(jí)側(cè)開關(guān)損耗

導(dǎo)通損耗

RMS 電流和導(dǎo)通電阻 RDS(ON)

為降低導(dǎo)通損耗，可以降低 RMS 電流或者降低 RDS(ON)

硬開關(guān)引起開關(guān)損耗

取決于輸入電壓、 VOR、峰值初級(jí)電流、開關(guān)頻率以及開關(guān)速度

為降低開關(guān)損耗，可以降低 VOR、開關(guān)頻率或者增大開關(guān)速度

軟開關(guān)引起的開關(guān)損耗相對(duì)于硬開關(guān)損耗是很小的（如圖3）

圖3：硬開關(guān)、軟開關(guān)損耗示意