采用反激式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高功率應(yīng)用設(shè)計(jì)

引言

多相反激式轉(zhuǎn)換器能夠突破功率的最大極限，具備易于設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，還能有效減少傳導(dǎo)干擾。

反激式轉(zhuǎn)換器是生成穩(wěn)壓且電氣隔離電壓的理想選擇。憑借簡潔的電路架構(gòu)與成熟的技術(shù)體系，這種電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。圖1展示了反激式轉(zhuǎn)換器的簡化示意圖。

不過，反激式技術(shù)的應(yīng)用存在一些局限性。其最大可傳輸功率是有限的。這是因?yàn)椋陂_關(guān)Q1導(dǎo)通期間，變壓器的初級(jí)側(cè)有電流流過，如圖1所示。在此期間，能量存儲(chǔ)在變壓器線圈T1中。在Q1關(guān)斷期間，初級(jí)側(cè)沒有電流流動(dòng)，但變壓器的次級(jí)側(cè)會(huì)形成電流。先前存儲(chǔ)的能量通過次級(jí)繞組釋放出來。

變壓器中能夠存儲(chǔ)的最大能量是有限的。因此，反激式轉(zhuǎn)換器的最大功率也受到了限制。雖然借助特殊設(shè)計(jì)的變壓器，可使輸出功率突破100 W，但一般來說，反激式結(jié)構(gòu)更適用于輸出功率在約60 W及以下的場景。

圖1 一種采用無光耦技術(shù)的簡單反激式轉(zhuǎn)換器

要讓反激式拓?fù)湓诟吖β蕡鼍跋赂咝н\(yùn)作，有一種別出心裁卻極為精妙的方案。通過使用多個(gè)通道，反激式轉(zhuǎn)換器可以配備兩個(gè)或更多的變壓器來運(yùn)行，將輸出功率分配到這些變壓器上。這類變壓器在市面上品類豐富、選型多樣，并且支持并聯(lián)使用。

圖2展示了一個(gè)雙通道反激式轉(zhuǎn)換器電路。它由一個(gè)特殊的控制器集成電路MAX15159進(jìn)行控制。這款集成電路是一種雙通道反激式控制器，采用相移的方式工作，并確保電流均勻分布在兩條并聯(lián)的功率路徑中。更為值得一提的是，借助兩個(gè)MAX15159反激式控制器，還可以驅(qū)動(dòng)由四個(gè)變壓器組成的四相反激式電路。因此，在使用小型變壓器的情況下，這樣的電路能夠產(chǎn)生超過100 W的高功率輸出。

圖2 MAX15159能夠控制多相反激電路

與單通道反激式電路類似，多相反激式電路也能在反饋路徑中不依賴光耦合器而運(yùn)行。MAX15159配備了無光耦技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)通過評(píng)估關(guān)斷時(shí)間初級(jí)側(cè)繞組兩端的電壓來調(diào)節(jié)輸出電壓。

多相反激式（轉(zhuǎn)換器）的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢在于，它能有效降低傳導(dǎo)干擾。在輸入側(cè)，反激式（轉(zhuǎn)換器）的工作特性類似于開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器；也就是說，就像使用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)壓器一樣。這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中都會(huì)產(chǎn)生脈沖輸入電流。為了將輸入側(cè)的干擾降至最低，多相反激式轉(zhuǎn)換器中的各個(gè)通道采用了相移技術(shù)；也就是說，各個(gè)通道在不同的時(shí)間啟動(dòng)。這不僅改善了電磁干擾(EMI)性能，還減少了輸入側(cè)所需電容器的尺寸和數(shù)量。圖3展示了一個(gè)雙通道反激式轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)電流情況。

圖3 多相反激式轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)的電流流動(dòng)

多相反激式轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠在許多應(yīng)用中借助多個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且外形小巧的變壓器來替代單個(gè)大型變壓器。

結(jié)論

在開發(fā)具有電氣隔離功能的電源時(shí)，除了常見的解決方案（即功率等級(jí)低于60 W時(shí)采用反激式轉(zhuǎn)換器，高于60 W時(shí)采用正激式轉(zhuǎn)換器）之外，還有其他方案可選。多相反激式轉(zhuǎn)換器同樣能夠勝任60 W以上功率等級(jí)的應(yīng)用場景。以MAX15159控制器集成電路為代表的解決方案，創(chuàng)新性地應(yīng)用了無光耦技術(shù)。此類方案摒棄了光耦合器，借助相移控制策略將傳導(dǎo)干擾抑制到極低水平。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。