【導讀】很多 DC/DC 轉換器應用都需要隔離輸出，不僅有 48V 隔離要求的電信和數據通信。對于需要隔離地與有噪聲輸入電壓的噪聲敏感設備，隔離是必須的，例如汽車電池、中間總線和工業輸入。顯示器、可編程邏輯控制器、GPS 系統以及一些醫療監視設備都可能受到噪聲總線電壓的負面影響。醫學檢查攝像頭、牙科設備、以及睡眠與關鍵體征監視器等都使用顯示器，這些顯示器都可能受到噪聲電源電壓的負面影響。隔離式電源提供地隔離，可以消除可能導致顯示器異常的噪聲。
多年來，反激式轉換器一直廣泛地用于隔離式 DC/DC 應用。但是這類轉換器未必是設計師的首選。電源設計師被迫選擇反激式轉換器是因為必須滿足較低功率的隔離需求，而不是因為這類轉換器更易于設計。由于大家熟知的控制環路中右半平面零點問題，反激式轉換器有穩定性問題，而光耦合器的傳播延遲、老化及增益變化會使這一問題進一步復雜化。
此外，使用反激式轉換器時，需要在變壓器設計上花費大量時間，而通常現成有售變壓器的選擇很有限，而且可能需要定制變壓器，這使變壓器設計這一任務變得更加復雜了。由于電源轉換技術領域的進步，較低功率隔離式轉換器的設計現在容易多了。凌力爾特公司不久前推出了 LT8302 隔離型反激式轉換器，解決了很多這類反激式設計難題。
簡單的反激式 IC 設計
LT8302 無需光耦合器和副邊基準電壓，無需電源變壓器額外提供第三個繞組，同時僅用一個組件 (必須跨隔離勢壘的電源變壓器)，就可保持主邊和副邊隔離。LT8302 采用主邊檢測電路，該電路能夠通過反激的主邊開關節點波形檢測輸出電壓。在開關斷開時，輸出二極管向輸出提供電流，輸出電壓返射至反激式變壓器的主邊。開關節點電壓的幅度是輸入電壓和返射的輸出電壓之和，LT8302 能夠重建該輸出電壓。在整個電壓、負載和溫度范圍內，這種輸出電壓反饋方法實現了好于 ±5% 的總體穩定度。圖 1 顯示了采用 LT8302 反激式轉換器的原理圖，該電路僅采用了 14 個外部組件。
圖1：具主邊輸出電壓檢測的 LT8302 反激式轉換器
LT8302 采用 8 引線耐熱性能增強型 SO-8 封裝，接受 2.8V 至 42V 的輸入電壓。其堅固的內置 3.6A、65V 內部 DMOS 功率開關允許該器件提供高達 18W 左右的輸出功率。
此外，LT8302 在輕負載時以低紋波突發模式 (Burst Mode®) 運行，將靜態電流降至僅為 106µA，這在保持輸出電壓穩定的同時，延長了休眠模式的電池運行時間。其他特點包括內部軟啟動和欠壓閉鎖。設定輸出電壓時，僅需要調節變壓器的匝數比和 1 個外部電阻器。
主邊輸出電壓檢測
隔離式轉換器的輸出電壓檢測通常需要一個光耦合器和副邊基準電壓。光耦合器通過光鏈路傳送輸出電壓反饋信號，同時保持隔離勢壘。然而，光耦合器傳輸比隨溫度變化和老化程度而改變，從而降低了準確度。光耦合器之間還有可能是非線性的，這導致電路之間不同的增益 / 相位特性。額外采用一個變壓器繞組實現電壓反饋的反激式設計還可能被用來閉合反饋環路。然而，這個額外的變壓器繞組增大了變壓器的尺寸并增加了變壓器成本，而且不能提供非常好的輸出電壓穩定度。
LT8302 在變壓器主邊檢測輸出電壓，因此無需光耦合器或額外的變壓器繞組。在圖 2 所示的功率晶體管斷開時，可在主邊開關節點波形上準確測量輸出電壓，圖中 N 是變壓器的匝數比，VIN 是輸入電壓，VC 是最高箝位電壓。
圖2：典型開關節點波形
邊界模式工作減小轉換器尺寸并改善調節性
副邊電流降至零時，LT8302 反激式轉換器立即接通其內部開關，而當開關電流達到預設定的電流限制時，則斷開該開關。因此，該器件始終在連續導通模式和斷續導通模式之間轉換，這種方式常稱為邊界模式或臨界導通模式。
邊界模式控制是一種可變頻率電流模式開關方法。當內部電源開關接通時，變壓器電流上升，直至達到其當前電流限制設定點為止。SW 引腳上的電壓上升至輸出電壓除以副-主變壓器匝數比再加上輸入電壓之和。當通過二極管的副邊電流降至零時，SW 引腳電壓降至低于 VIN。LT8302 檢測這一事件，并重新接通開關，再次重復上述周期。
邊界模式在每個周期結束時，使副邊電流返回到零，所引起的寄生電阻性電壓降不引起負載調節性誤差。此外，主邊反激開關在電流為零時始終接通，輸出二極管沒有反向恢復損耗。這種功耗降低使反激式轉換器能夠以相對較高的開關頻率運行，這與其他較低頻率的設計相比，可減小變壓器尺寸。圖 3 顯示了 SW 電壓和電流以及輸出二極管中的電流。
圖3：邊界模式反激式轉換器波形
由于返射的輸出電壓始終在二極管電流過零時采樣，所以 LT8302 負載調節非常出色，而且一般在整個輸出負載范圍內好于 ±1%，如圖 4 所示。
圖4：原理圖的負載與電壓調節曲線
變壓器選擇與設計時的考慮因素
變壓器性能規格與設計也許是成功應用 LT8302 最關鍵的部分。應對高頻隔離式電源變壓器設計時，除了通常的注意事項，例如低泄漏電感和緊耦合，變壓器匝數比也必須嚴格控制。既然變壓器副邊電壓是靠主邊采樣電壓推斷，那么匝數比必須嚴格控制以確保一致的輸出電壓。
凌力爾特已經與領先磁性組件制造商合作，以生產為與 LT8302 一起使用而預設計的反激式變壓器。表 1 顯示了建議使用和 Wurth Electronik 公司提供的現成有售變壓器。這些變壓器一般能承受從主邊到副邊 1500VAC 擊穿電壓一分鐘。也可以使用更高擊穿電壓的變壓器和定制變壓器。
表 1：可用于 LT8302 的現成有售變壓器
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