NEST054 February 2024 LM5155 , LM51551 , LM5156 , TPS55340
如果有人問(wèn)起要使用哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離式低功耗輸出，您首先想到的很可能是返馳。儘管返馳式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常出色，具有成本低、元件數(shù)量少和易於增加額外輸出等優(yōu)點(diǎn)，但它仍然存在一些缺點(diǎn)。與返馳式變壓器漏電感相關(guān)的場(chǎng)效電晶體 (FET) 和整流器振鈴會(huì)產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)，增加元件應(yīng)力並降低效率。此外，當(dāng)有多個(gè)輸出時(shí)，特別是在負(fù)載變化較大的情況下，要獲得良好調(diào)節(jié)的電壓可能會(huì)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。讓我們來(lái)看看隔離單端一次電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 如何提供替代方法並緩解部分問(wèn)題。
SEPIC 是一種非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，和返馳一樣，您可以輕鬆地增加額外的變壓器繞組以建立隔離輸出。圖 1 的簡(jiǎn)化電路圖顯示了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) SEPIC 轉(zhuǎn)換器，在左側(cè)產(chǎn)生單一非隔離輸出，在右側(cè)產(chǎn)生兩個(gè)額外的隔離輸出。第一個(gè)隔離繞組提供額定 6V 輸出作為 5V 線性穩(wěn)壓器的輸入。第二個(gè)隔離繞組堆疊在第一個(gè)繞組之上，以產(chǎn)生非穩(wěn)壓 12V 輸出。
您希望 V?OUT1 的變壓器繞組與隔離繞組 (VOUT2、VOUT3) 之間緊密耦合，因?yàn)檫@些繞組中的能量同時(shí)傳輸?shù)剿腥齻€(gè)輸出。?這些繞組之間的漏電感只會(huì)降低其電壓調(diào)節(jié)能力。然而，SEPIC 的一次繞組和 VOUT1 繞組之間不需要緊密耦合。由於電容器 CAC 在升壓 FET 關(guān)斷時(shí)提供了一條低阻抗路徑，可將能量洩漏到 VOUT1 中，因此存在最小的 FET 振鈴。?由於 SEPIC 的一次繞組電壓波形的振鈴比返馳少得多，因此可以改善輸出電壓調(diào)節(jié)，特別是在經(jīng)常發(fā)生尖峰峰值偵測(cè)的極端交叉負(fù)載條件下。
圖 1 配備額外繞組，可提供隔離輸出的 SEPIC 轉(zhuǎn)換器。與所有 SEPIC 一樣，一次側(cè)和 VOUT1 之間的匝數(shù)比必須為 1:1。然而，所有其他輸出都不受此匝數(shù)比的限制，您可以調(diào)整它們以提供任何所需的輸出電壓，您可以使用 方程式 1 輕鬆計(jì)算：
圖 2 顯示了 SEPIC 和返馳之間的 FET 電壓振鈴差異。只需移除 CAC 即可從 SEPIC 電路中獲得返馳 FET 電壓波形，從而將其轉(zhuǎn)換為返馳。消除 FET 上的振鈴可大幅減少傳導(dǎo)至隔離輸出的未耦合能量，從而改善穩(wěn)壓情形。
圖 2 SEPIC FET 上的電壓振鈴比返馳少，可降低應(yīng)力並改善輸出電壓調(diào)節(jié)。圖 3 所示為獲取圖 4 中調(diào)節(jié)資料的測(cè)試電路圖，而圖 5 所示為實(shí)際硬體的照片。此設(shè)計(jì)使用一次側(cè)反饋來(lái)調(diào)節(jié) VOUT1 上的電壓。隔離輸出需仰賴緊密的變壓器耦合和小預(yù)負(fù)載的組合，來(lái)獲得合理的電壓調(diào)節(jié)。?由於線性穩(wěn)壓器保持隔離的 5V 輸出恆定，因此其最小和最大輸入是首要關(guān)注的問(wèn)題。如果線性穩(wěn)壓器的輸入過(guò)低，則輸出電壓可能會(huì)下降。相反的，如果線性穩(wěn)壓器的輸入太高，多餘的功率就會(huì)耗散。
隔離輸出的調(diào)節(jié)資料表明，在極端交叉負(fù)載條件下，會(huì)出現(xiàn)最壞情況的最小和最大電壓。您可以看到隔離繞組在 VOUT1 空載時(shí)處?kù)蹲畲筘?fù)載時(shí)的最小電壓。隔離繞組上的最大電壓則出現(xiàn)在空載且 VOUT1 處?kù)蹲畲筘?fù)載時(shí)。根據(jù)測(cè)試資料，我測(cè)得調(diào)節(jié)變化小於 ±4%。儘管這些結(jié)果並不代表所有設(shè)計(jì)，但它們表明類似的設(shè)計(jì)可以合理地實(shí)現(xiàn) ±5% 的電壓調(diào)節(jié)，而返馳更有可能至少高出幾個(gè)百分點(diǎn)。
正如 Brian King 在用電訣竅 #78 中所述，透過(guò)實(shí)作同步整流器可以大大改善返馳的交互調(diào)節(jié)。然而，這種改進(jìn)需要使用成本更高的 FET 和額外的驅(qū)動(dòng)電路。您可以將相同的技術(shù)應(yīng)用於隔離式 SEPIC 轉(zhuǎn)換器，但非隔離輸出的整流器也需要同步。我在先前的 TI 部落格文章 介紹了如何輕鬆實(shí)作同步 SEPIC。
圖 3 具有雙隔離輸出的實(shí)際 SEPIC 設(shè)計(jì)。
圖 4 測(cè)得的電壓調(diào)節(jié)資料。
圖 5 原型電路硬體。隔離式 SEPIC 轉(zhuǎn)換器可能不是您增加隔離輸出電壓的首選，但是它比返馳具有更高的抗漏電感相關(guān)振鈴能力，從而可以改善輸出電壓調(diào)節(jié)。這可以消除額外的後期調(diào)節(jié)需求，從而節(jié)省成本。
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