电源管理设计:倒置降压器如何提供非隔离反激

来源:未知 作者:电费按变压器容量 时间:2020-07-08 11:38 点击量:

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在决意拓扑构造时,反激每每是任何低功耗离线转换器的首选。然则,若是不需要隔离,这可能不是最好的方式。假设终端设备是一个智能灯开关,用户或许经由智妙手机的应用法式进行掌握。在这种环境下,用户在操作过程中不会接触到表露的电压,是以不需要隔离。

对于离线电源来说,反激拓扑是一个合理的解决方案,因为它的物料清单(BOM)计数较低,只有少数功率级元件,而且变压器的设计能够处理较宽的输入电压规模。然则,若是设计的终端应用不需要隔离呢?若是是如许的话,考虑到输入是离线的,设计师可能仍然会想要使用反激。带集成场效应晶体管(FET)和初级侧调节的节制器会发生小的反激解决方案。

图1显示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。固然这是一个可行的选择,但与具有较低BOM计数的反激比拟,离线倒置降压拓扑将具有更高的效率。在这篇电源治理设计小贴士中,我将切磋用于低功耗AC/DC转换的倒置降压。

非隔离反激设计可将AC转换为DC

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,但离线倒置拓扑或许更有效地完成此项工作

图2显示了倒置降压的功率级。像反激一般,它有两个开关元件,一个磁性元件(单电源电感器而不是变压器)和两个电容器。顾名思义,倒置降压拓扑雷同于降压转换器。开关在输入电压和接地之间发生一个开关波形,然后由电感电容收集滤除。区别在于输出电压被调节为低于输入电压的电位。即使输出“浮动”在输入电压以下,它仍然能够正常为下流电子器件供电。

倒置降压功率级的简化示意图

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能够直接从反激节制器驱动。图3显示了一个使用UCC28910反激开关的倒置降压。一对一耦合电感器作为磁开关元件。一次绕组作为功率级电感器。二次绕组向掌握器供应按时和输出电压调节信息,并为掌握器的局部偏置电源(VDD)电容器充电。

UCC28910反激开关的倒置降压设计示例

图3 一个使用UCC28910反激开关的倒置降压设计示例

反激拓扑的一个错误是能量经由变压器传递的体例。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。实际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。这种能量是不成用的,且需要使用齐纳二极管或电阻电容收集进行耗散。

在降压拓扑中,漏能过程二极管D7在场效应管断开时代传递到输出端。如许能够削减组件数量并提高效率。

另一个区别是每个磁性元件的设计和传导损耗。因为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电流都过程它,这就供应了良俦的铜行使率。反激则不具有那么好的铜行使率。就地效应管接通时,电流畅过一次绕组而不是二次绕组。就地效应管断开时,电畅通过二次绕组而不是一次绕组。是以,更多的能量储存在变压器中,而且在反激设计中使用更多的铜来供给不异的输出功率。

图4斗劲了具有沟通输入和输出规格的降压电感器和反激变压器的一次和二次绕组的电流波形。降压电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,传导损耗较量为均方根电流平方乘以绕组电阻。因为降压只有一个绕组,所以磁场中的总传导损耗就是一个绕组的损耗。然而,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雷同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,我较量出倒置降压只需要存储反激所需存储的四分之一的功率,是以,与一律功率的反激设计比拟,倒置降压设计的占地面积要小得多。

压和反激拓扑中电流波形的比较

图4 降压和反激拓扑中电流波形的计较

当不需要隔离时,反激拓扑并不老是低功耗离线应用的最佳解决方案。倒置降压或许供给更高的效率和更低的BOM成本,因为您或许使用一个可能更小的变压器/电感器。对于电力电子器件设计人员来说,主要的是要考虑所有可能的拓扑解决方案,以确定最适合给定例格的拓扑。

 

电源管理设计:倒置降压器如何提供非隔离反激