反激转换器电路

在电子产品中，调节器是可以不断调节功率输出的设备或机构。电源领域有多种稳压器可用。但主要是在DC到DC转换的情况下，有两种类型的调节器可用：线性或开关式。

甲线性调节器调节使用电阻电压降的输出。因此，线性稳压器效率较低，并且会以热量形式损耗功率。所述开关稳压器使用电感器，二极管和从其源到输出端的功率开关，以传递能量。

开关稳压器的类型

共有三种类型的开关调节器。

1. 升压转换器（升压调节器）

2. 降压转换器（降压稳压器）

3. 反激转换器（隔离式稳压器）

我们已经解释了升压调节器和降压调节器电路。在本教程中，我们将描述反激稳压器电路。

的降压和升压调节器之间的差异是，在降压调节器电感器，二极管的位置和切换电路比升压调节器不同。同样，在升压调节器中，输出电压高于输入电压，但在降压调节器中，输出电压将低于输入电压。降压拓扑或降压转换器是SMPS中使用最多的基本拓扑之一。在需要将较高的电压转换为较低的输出电压时，这是一个普遍的选择。

除了那些稳压器外，还有一个在所有设计人员中都广受欢迎的稳压器，即反激式稳压器或反激转换器。这是一种通用拓扑，可用于需要单个输出电源提供多个输出的场合。不仅如此，反激式拓扑还允许设计人员同时更改输出的极性。例如，我们可以从单个转换器模块创建+ 5V，+ 9V和-9V输出。在两种情况下转换效率都很高。

反激转换器中的另一件事是输入和输出之间的电气隔离。为什么我们需要隔离？在某些特殊情况下，为了使电源噪声和与安全相关的操作最小化，我们需要隔离操作，其中输入源与输出源完全隔离。让我们探索基本的单输出反激操作。

反激转换器的电路操作

如果我们看到基本的单输出反激设计，如下图所示，我们将确定构建一个基本的主要组件。

基本的反激式转换器需要一个开关，该开关可以是FET或晶体管，变压器，输出二极管，电容器。

最主要的是变压器。在了解实际电路操作之前，我们需要了解变压器的正常工作。

变压器由至少两个电感器（称为次级线圈和初级线圈）组成，它们绕成一个线圈架，中间夹有一个铁心。磁芯决定了磁通密度，磁通密度是将电能从一个绕组传递到另一个绕组的重要参数。另一个最重要的事情是变压器的定相，即初级绕组和次级绕组中所示的点。

同样，正如我们所看到的，PWM信号跨接在晶体管开关上。这是由于开关的关闭和开启时间的频率。PWM代表脉宽调制技术。

在反激式调节器中，有两种电路工作方式，一种是在变压器的初级绕组充电时为“接通”阶段，另一种是在电能从初级传递到次级时，为“关断”或变压器的传递阶段。终于到了负荷。

如果我们假设开关已长时间断开，则电路中的电流为0，并且不存在电压。

在这种情况下，如果开关导通，则电流将增加，电感器将产生一个电压降，该电压降是点负的，这是因为初级点两端的电压更负。在这种情况下，由于磁芯中产生的磁通，能量流向次级。在次级线圈上会产生相同极性的电压，但该电压与次级线圈与初级线圈的匝数比成正比。由于点负电压，二极管被关闭，并且次级中将没有电流流过。如果电容器是在上一个开关周期中充电的，则输出电容器将仅向负载提供输出电流。

在下一个阶段，当开关关闭时，流经初级线圈的电流会减小，从而使次级点的端部变得更正。与前一个开关导通阶段相同，初级电压极性在次级线圈上也产生相同的极性，而次级电压与初级绕组和次级绕组的比例成正比。由于点的正端，二极管导通，变压器的次级电感器向输出电容器和负载提供电流。电容器在导通周期中失去了电荷，现在它又被重新填充，并能够在开关导通时间内为负载提供充电电流。

在整个开关接通和关断周期中，输入电源与输出电源之间不存在电气连接。因此，变压器隔离了输入和输出。

有两种操作模式，具体取决于打开和关闭的时间。反激转换器可以在连续模式或不连续模式下运行。

在连续模式下，在一次充电之前，电流变为零，然后重复该循环。另一方面，在不连续模式下，只有当初级电感器电流变为零时，下一个周期才开始。

效率

现在，如果我们研究效率，即输出与输入功率之比：

（输出/引脚）x 100％

由于无法创建或销毁能量，只能将其转换，因此大多数电能会将未使用的电能释放为热量。而且，在实际领域中没有理想的情况。效率是选择稳压器的重要因素。

开关稳压器的主要功耗因素之一是二极管。正向压降乘以电流（Vf xi）是未使用的瓦数，该瓦数被转换为热量，从而降低了开关稳压器电路的效率。而且，这是用于热/热管理技术的电路的额外成本，例如使用散热器或风扇来冷却电路以消除散热。不仅正向压降，硅二极管的反向恢复也会产生不必要的功率损耗并降低整体效率。

避免使用标准恢复二极管的最佳方法之一是使用具有低正向压降和更好反向恢复的肖特基二极管。在另一方面，该开关已更改为现代MOSFET设计，在紧凑和较小的封装中提高了效率。

尽管开关稳压器具有更高的效率，固定的设计技术，更小的组件，但它们比线性稳压器还嘈杂，但仍广受欢迎。

使用LM5160的反激转换器的示例设计

我们将使用德州仪器（TI）的反激拓扑。该电路可在数据表中找到。

该LM5160包括以下特性-

4.5V至65V宽输入电压范围
集成高端和低端开关
- 无需外部肖特基二极管
2A最大负载电流
自适应恒定导通时间控制
- 无外部环路补偿
- 快速瞬态响应
可选的强制PWM或DCM操作
- FPWM支持多输出Fly-Buck
几乎恒定的开关频率
- 电阻可调至1 MHz
程序软启动时间
预偏置启动
±1％反馈电压基准
LM5160A允许外部VCC偏置
固有的保护功能可实现稳健的设计
- 峰值电流限制保护
- 可调输入UVLO和迟滞
- VCC和栅极驱动UVLO保护
- 迟滞热关断保护
使用LM5160A和WEBENCH®Power Designer创建定制设计

它支持从4.5V到70V的宽输入电压范围，并提供2A的输出电流。我们还可以选择强制PWM或DCM操作。

LM5160的引脚排列

虽然这是一个问题，但该IC不能以DIP封装或易焊接的版本提供，但与PCB散热器相比，该IC节省了大量PCB空间，并具有更高的散热性能。引脚图如上图所示。

绝对最大额定值

我们需要注意IC的绝对最大额定值。

SS和FB引脚的电压容限低。