0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

反激式稳压器的特性及应用

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-01-29 08:15 次阅读

对于寻找合适的开关DC/DC转换器(“稳压器”)的工程师来说,很少考虑反激式转换器,因为它们设计起来很麻烦。但是,如果应用要求高电压(功率相对较低) ),反激型是自成一体的。

由于它用于产生高电压,因此反激式稳压器采用变压器确保电流隔离,出于安全考虑,取代了(非隔离)电感器。传统的开关升压/降压(“降压”/“升压”)调节器。然而,使用变压器确实使这种类型的稳压器不适合高功率应用。

本文仔细研究了反激式稳压器,探讨了它的优点和缺点,并描述了应用类型这种类型的稳压器最适合。

需要隔离

开关降压/升压稳压器对电源转换工程师来说是一个主力。可靠,高效,相对易于设计(尽管不像线性稳压器那么简单 - 参见TechZone文章“了解线性稳压器的优缺点”),以及丰富的降压/升压稳压器,如Fairchild Semiconductor KA34063A - 单片100 Hz至100 kHz开关电源 - 通常是设计师下一个项目的候选名单。

如同这些设备一样受欢迎,它们确实存在一个缺点:如果设备是调节器正在通电需要高电压,没有办法将电压与可能发现危险的电压隔离(例如,敏感的电子元件和脆弱的人)。

反激式调节器克服了这个问题。通过集成变压器 - 充当耦合电感器 - 转换器可获得所需的电流隔离,以确保高压输出应用中的安全性。这使得反激式转换器可用于产生设备所需的高电压,例如CRT管,绝缘测试设备,复印机和氙闪光灯。 (请注意,虽然存在其他隔离拓扑,例如正激转换器,但反激是最简单的,因此也是最便宜的类型。)

反激式稳压器拓扑还带来了另外两个关键优势:消除初级和次级电路之间的接地回路,提高了抗噪性(参见TechZone文章“功率模块的传导和辐射减少技术”),以及系统中输出连接的简易性,而不会与主要接地相冲突。图1显示了反激式稳压器的拓扑结构是如何从降压/升压稳压器设计中得出的(为了清晰起见,开关控制器已被排除在原理图之外)。

反激式稳压器的特性及应用

图1:反激式稳压器源自降压/升压稳压器设计。请注意,在反激式设计中用变压器替换降压/升压稳压器的电感器(美国国家半导体提供)。

反激式稳压器与其他类型相比具有一些其他微妙优势。首先,降压或升压电压最初可以通过初级线圈的匝数与次级线圈的匝数比来设定,然后通过调整脉冲宽度的占空比,可以巧妙地调整输出电压(与所有开关稳压器一样)调制(PWM)集成在开关控制器中。其次,反激式稳压器拓扑结构可以轻松实现多个输出。第三,不需要其他开关拓扑所需的输出电感,这可能是一个棘手的设备(参见TechZone文章“电感器在完成基于功率模块的解决方案中的作用”)。

反激式设计有一些权衡。首先是高输出纹波电流和电压的问题。这可以通过用作滤波器的附加外部组件在一定程度上减轻,但是设计这样的滤波器电路是具有挑战性且耗时的。其次,可能是最严格的缺点是反激式稳压器的功率限制。

在运行中,反激式稳压器的变压器磁芯中的磁通量永远不会反转其极性。这意味着磁芯可能很容易使磁芯饱和 - 这会影响稳压器的工作 - 除非它对于给定的功率输出来说是沉重而笨重的。因此,反激式稳压器倾向于用于相对低功率的应用(通常低于50 W),因此可以使用合理尺寸的变压器。

应该注意的是,输出侧的高压并不是需要隔离电源的唯一原因。隔离提供良好的抗噪能力这一事实使反激式设计成为一个不错的选择,例如,为仅需要低电压的RS-485RS-232等通信接口供电,同时也受益于噪声 - 所有变压器

虽然对于有能力的工程师来说从头开始设计反激式稳压器是完全可行的,但将电源基于a来自一家主要半导体供应商的开关稳压器模块。这些模块通常是完全集成的芯片,只需几个额外的外部元件即可实现高性能反激式设计。

德州仪器TI)的TPS55010就是这类产品的一个很好的例子。该芯片旨在为PLC,数据采集和测量设备提供隔离电源。开关频率可在100至2,000 kHz范围内调节。

TI表示,使用相同的外部变压器,TPS55010可通过调节初级侧电压为不同的输入和输出电压组合提供解决方案。

简化原理图如图2所示。

反激式稳压器的特性及应用

图2:使用TPS55010的反激式稳压器电路的简化原理图。

凌力尔特还提供专为隔离式反激拓扑设计的单片开关稳压器。 LT3573将NPN电源开关与所有控制逻辑集成在一个16引脚MSOP封装中。该芯片采用3至40 V的输入电源供电,无需外部电源设备即可提供高达7 W的输出功率。图3显示了芯片的效率曲线,输入电压为24 V,输出电压为5 V,输出电流为800 mA时峰值为78%。

反激式稳压器的特性及应用

图3:凌力尔特公司的LT3573配置为5 V输出反激式稳压器的效率曲线。

从图2中的反激式稳压器原理图可以看出,变压器是一个外部元件,因为它(显然)太大而且太大而无法集成到芯片中。这可能被视为一种不便,但不仅仅是传统降压/升压稳压器拓扑结构中对电感器的要求(除了在电感器集成到模块中的少数情况之外,请参阅TechZone文章“Design Trade-将电感器集成到功率模块中“”。

事实证明,变压器是反激式设计中的关键部件,需要满足许多关键性能特性,以确保稳压器的良好性能

首先,变压器需要具有足够的电感,以便在宽负载范围内以连续导通模式工作。此外,高电感变压器将抑制纹波电流,否则会影响初级和次级电路。

其次,变压器应尽可能紧凑,同时仍满足其他性能标准。较小的变压器使用较少的铁氧体材料,成本较低,并且占用较少的电路板空间。

第三,经验法则是应限制变压器的功耗(磁芯和绕组损耗)不到总功率的百分之三。设计人员应使用包含多股细线的铜绕组 - 其直径不大于开关频率下铜的集肤效应深度的两倍 - 以最大限度地减少绕组损耗。

构建变压器的替代方案是考虑WürthElectronics等制造商提供的众多现成器件之一,可提供单正或双正负输出电压(图4)。

图4:WürthElectronics公司生产一系列适用于反激式稳压器的变压器。

希望试验反激式稳压器的工程师可以获得允许测试原型设计的评估套件。例如,TI的美国国家半导体产品包括基于该公司LM5020开关控制器的反激式稳压器评估套件LM5020EVAL。

总之,反激式稳压器是需要的设计技术的理想选择。开关降压/升压DC/DC稳压器,可通过隔离处理高压,确保安全运行。反激式稳压器最适合相对较低的功率运行(低于50 W),需要仔细设计/选择输出变压器,以降低成本,限制产品尺寸,并抑制输出电压和电流纹波。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 变压器
    +关注

    关注

    159

    文章

    7569

    浏览量

    136710
  • 转换器
    +关注

    关注

    27

    文章

    8763

    浏览量

    148415
  • 稳压器
    +关注

    关注

    24

    文章

    4263

    浏览量

    94345
收藏 人收藏

    相关推荐

    HFG610-65 数据手册和产品介绍 具有集成 GaN HEMT 的高频准谐振稳压器

    HFG610-65 是一款集成 GaN HEMT 的准谐振 (QR) 稳压器,专用于高性能和高频设计。与传统QR
    的头像 发表于 01-09 15:23 361次阅读
    HFG610-65 数据手册和产品介绍 具有集成 GaN HEMT 的高频准谐振<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>稳压器</b>

    如何设计CCM转换

    本期,我们将聚焦于 CCM 转换设计 探讨 CCM
    的头像 发表于 11-08 10:12 448次阅读
    如何设计CCM<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>转换<b class='flag-5'>器</b>

    什么是开关电源,与正有什么区别

    一、开关电源概述 开关电源是一种常用的开关电源设计方案,其工作原理独特且应用广泛。具
    的头像 发表于 10-18 17:36 1709次阅读

    控制反向选择指南

    电子发烧友网站提供《控制反向选择指南.pdf》资料免费下载
    发表于 09-13 09:22 0次下载
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>控制<b class='flag-5'>器</b>反向选择指南

    如何使用 LM5155 设计隔离型稳压器

    电子发烧友网站提供《如何使用 LM5155 设计隔离型稳压器.pdf》资料免费下载
    发表于 09-09 09:26 1次下载
    如何使用 LM5155 设计隔离型<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>稳压器</b>

    转换并联基准的优化

    电子发烧友网站提供《转换并联基准的优化.pdf》资料免费下载
    发表于 08-30 10:16 0次下载
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>转换<b class='flag-5'>器</b>并联基准的优化

    PMP30191.1-适用于辅助电源的15W光耦稳压多路输出转换PCB layout 设计

    电子发烧友网站提供《PMP30191.1-适用于辅助电源的15W光耦稳压多路输出转换PCB layout 设计.pdf》资料免费下载
    发表于 05-11 11:27 0次下载
    PMP30191.1-适用于辅助电源的15W光耦<b class='flag-5'>稳压</b>多路输出<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>转换<b class='flag-5'>器</b>PCB layout 设计

    4V 至 40V、3A 升压宽 VIN 稳压器LM2586数据表

    电子发烧友网站提供《4V 至 40V、3A 升压宽 VIN 稳压器LM2586数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 04-15 10:09 0次下载
    4V 至 40V、3A 升压宽 VIN <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>稳压器</b>LM2586数据表

    具有关断功能的LM2588 5A稳压器数据表

    电子发烧友网站提供《具有关断功能的LM2588 5A稳压器数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 04-15 10:08 0次下载
    具有关断功能的LM2588 5A<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>稳压器</b>数据表

    4V 至 40V、5A 升压宽 VIN 稳压器LM2587数据表

    电子发烧友网站提供《4V 至 40V、5A 升压宽 VIN 稳压器LM2587数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 04-15 09:35 0次下载
    4V 至 40V、5A 升压宽 VIN <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>稳压器</b>LM2587数据表

    集成5A、40V宽输入范围 升压/SEPIC/直流/直流稳压器TPS55340-EP数据表

    电子发烧友网站提供《集成5A、40V宽输入范围 升压/SEPIC/直流/直流稳压器TPS55340-EP数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 04-10 09:50 0次下载
    集成<b class='flag-5'>式</b>5A、40V宽输入范围 升压/SEPIC/<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>直流/直流<b class='flag-5'>稳压器</b>TPS55340-EP数据表

    集成5A 24V升压/SEPIC/DC/DC稳压器TPS55330数据表

    电子发烧友网站提供《集成5A 24V升压/SEPIC/DC/DC稳压器TPS55330数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 04-07 10:22 0次下载
    集成<b class='flag-5'>式</b>5A 24V升压/SEPIC/<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>DC/DC<b class='flag-5'>稳压器</b>TPS55330数据表

    集成5A宽输入范围升压/SEPIC/直流/直流稳压器TPS55340数据表

    电子发烧友网站提供《集成5A宽输入范围升压/SEPIC/直流/直流稳压器TPS55340数据表.pdf》资料免费下载
    发表于 03-25 14:24 0次下载
    集成<b class='flag-5'>式</b>5A宽输入范围升压/SEPIC/<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>直流/直流<b class='flag-5'>稳压器</b>TPS55340数据表

    转换的结构及原理

    转换(Flyback Converter)广泛应用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)转换,并在输入级和输出级之间提供绝缘隔离,是开关电源的一种。
    的头像 发表于 03-21 17:28 1072次阅读
    <b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>转换<b class='flag-5'>器</b>的结构及原理

    基于MP6004的变换设计步骤

    变换的基本组成元件与大多数其他开关变换拓扑相同,唯一的不同是它采用了耦合电感,它将变
    发表于 03-07 10:13 816次阅读
    基于MP6004的<b class='flag-5'>反</b><b class='flag-5'>激</b><b class='flag-5'>式</b>变换<b class='flag-5'>器</b>设计步骤