PowerLab 筆記: 如何使用 Fly-buck? 為低電壓、低功耗工業應用供電

有些工業應用中包含分支電路，需要小型電源為跨隔離邊界的噪聲敏感型電路供電。在PLC、數據采集以及測量設備等應用中，該隔離邊界可提供抗噪功能。需要這種隔離式電源的典型分支電路包括隔離式 RS-232 和 RS-485 通信通道、線路驅動器、隔離式放大器、傳感器以及 CAN 收發器。此外，我們在其它應用中也發現了類似的電源需求，它們需要隔離式電源為 IGBT 提供柵極驅動器電源，而且在一些醫療應用中也需要隔離技術來確保安全性。

下圖是這類系統電源需求的簡單方框圖。低電壓軌（通常 3.3V 或 5V）適用于主系統電源。可將該電壓軌用于生成隔離式低功耗電壓軌，其通常需要低于 2W 的功耗，而且未經穩壓。

在這些系統中，非對稱半橋或 fly-buck? 拓撲可提供良好穩壓的高效率解決方案。下圖是 fly-buck 拓撲的簡化原理圖。這張圖乍眼一看似乎很復雜，但進一步觀察后會發現它其實很簡單。一次側電路由一個控制器、一個高側 (S1) 及一個低側 (S2) 電源開關、一個電感器和一個輸出電容器 (Cr) 組成。

通常，控制器和 FET 整合在統一封裝中，支持更高集成度的解決方案。該一次電路在外觀和工作方式上與降壓穩壓器完全相同，其中 Cr 上的電壓由控制器調節。二次電路的外觀和工作方式則類似于反激轉換器，其中可將二次繞組添加至電感器，提供隔離式輸出電壓。當 S2 導通時，Cr 上的電壓加于電感器繞組。該電壓經電感器耦合，并通過 D1 為輸出電容器 (Co) 充電。輸出電壓值只取決于電感器的匝數比和 Cr 上的穩定電壓。

由于 Cr 的電壓經過穩壓，因此與大多數未穩壓方案相比，該拓撲可保持相當嚴格的輸出電壓穩壓。fly-buck 穩壓降低的主要因素在于負載，并與電感器中的繞組阻抗、輸出二極管正向電壓以及電感器中泄漏電感有關。通常可通過進行少量預加載，將額定 5V 輸出電壓誤差保持在 +/-5% 以內。

由于一次電路的同步屬性，fly-buck 電源的效率也十分顯著。以PMP6813為例，其可提供 1W 5V 的隔離電壓，并支持超過 80% 的效率。這種高效率與集成型 FET 進行完美結合，可使 fly-buck 解決方案適合極小型封裝。以上提到的PMP6813設計方案適合 10 毫米 × 20 毫米的電路板面積，而且設計采用經過 3kV 高壓測試的變壓器。

盡管我提供的實例是針對 5V 輸出，但可通過選擇具有不同匝數比的電感器便捷改變輸出電壓。此外，它還可生成 +/-15V 等隔離式分軌電源。一般來說，更高的輸出電壓也會產生更高的效率。PowerLab 庫中加載了幾種 fly-buck 設計方案，例如下面給出的實例。請及時查閱新博客內容，了解我們每月為 PowerLab 新增的更多參考設計。

• PMP6813— 5V 輸入至 5V/1W 輸出的隔離式 DIP 模塊
• PMP6838— Flybuck 隔離式 SIP 模塊 4.5~5.5V 輸入電壓、5V/1W
• PMP7315— Flybuck 18-30V 輸入電壓、24V/100mA 輸出
• PMP7942.1— Flybuck 17~32V 輸入電壓、雙 5V/0.25A、15V/0.1A