電源小貼士：如何成功設(shè)計(jì)超寬輸入小功率反激式轉(zhuǎn)換器

　　在工業(yè)應(yīng)用和工廠自動(dòng)化領(lǐng)域存在多種多樣的電源電壓。一般您會(huì)發(fā)現(xiàn)24伏交流(VAC)電壓、24伏直流(VDC)電壓、110VAC電壓、 230VAC電壓，有時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)介于它們之間的電壓。由于成本原因，電子設(shè)備制造商通常不愿意為每種輸入電壓開(kāi)發(fā)不同的電源。所以，讓我們來(lái)看看如何設(shè)計(jì)一種具有超寬輸入電壓范圍(19至265VAC和19至375VDC)的小功率(在500mW的范圍內(nèi))反激式轉(zhuǎn)換器。

　　該小功率反激式參考設(shè)計(jì)需要具備兩路輸出。一個(gè)輸出軌提供微控制器與模擬電路(電流為15mA時(shí)電壓為5.0V);另一個(gè)輸出軌則在電流為 40mA時(shí)提供12.0V的電壓以控制繼電器。因?yàn)檩斎牒蛢陕份敵鲂枰?.5kV的隔離電壓，所以筆者首先想到了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廣為人知的反激式轉(zhuǎn)換器。

　　圖1展示了這種轉(zhuǎn)換器 —— 包括輸入濾波器、整流器、啟動(dòng)電路以及次級(jí)側(cè)上的控制器線性穩(wěn)壓器。

　　圖1：反激式轉(zhuǎn)換器方框圖

　　寬輸入電壓范圍不僅對(duì)控制器來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn)，對(duì)該變壓器的設(shè)計(jì)而言也是一大難題。對(duì)于小功率應(yīng)用，反激式轉(zhuǎn)換器經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)要能在非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCCM)下工作，以便實(shí)現(xiàn)小的解決方案尺寸，因?yàn)轳詈想姼衅鞯碾姼幸脖容^小。這種運(yùn)行模式下的峰值電流比連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下的峰值電流大 —— 但它們?nèi)匀幌鄬?duì)較小，原因是功率很小。對(duì)于較大功率的應(yīng)用，反激式轉(zhuǎn)換器則通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是適合該反激式設(shè)計(jì)的模式，輸出功率大約為500mW。

　　為避免在輸入電壓的上限范圍內(nèi)出現(xiàn)大的開(kāi)關(guān)損耗，開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)相對(duì)較低。在該設(shè)計(jì)中，它被設(shè)置為130kHz，以便讓基波低于電磁干擾(EMI)測(cè)量的下限150kHz。如果假定該轉(zhuǎn)換器只在DCCM模式下工作，那么占空比在這樣一個(gè)范圍內(nèi)：從70%直到4%(匝數(shù)比為3.58：1，750μH的初級(jí)電感)。為了減少組件應(yīng)力，您應(yīng)該通過(guò)讓匝數(shù)比保持不變并將初級(jí)電感變?yōu)?mH來(lái)增加最小占空比。現(xiàn)在，對(duì)于低輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器在CCM模式下運(yùn)行;對(duì)于高輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器則在DCCM模式下運(yùn)行。

　　圖2：具有超寬輸入電壓范圍的小功率反激式TI Designs參考設(shè)計(jì)