電源技巧：為Fly-Buck轉(zhuǎn)換器選擇正確的匝數(shù)比

穩(wěn)壓的實現(xiàn)方法是在低側(cè)一次開關(guān)開啟時對耦合電感器的二次繞組進(jìn)行整流。這可將一個電壓反射給二次繞組，計算方法是用降壓輸出電壓乘以耦合電感器匝數(shù)比。

圖1展示了Fly-Buck電路的簡單程度。在該設(shè)計中，同步降壓電源開關(guān)包含在控制IC內(nèi)，只需幾個分立部件和一個變壓器就可完成設(shè)計。成功設(shè)計的真正訣竅在于耦合電感器的規(guī)范或選擇。尤其需要構(gòu)建對匝數(shù)、漏電感和磁化電感的要求。

圖1：Fly-Buck是提供穩(wěn)壓、隔離式輸出的簡單方法。

在圖1所示電路中，變壓器的匝數(shù)比由一次及二次輸出電壓確定。它將只是一二次電壓之比與二極管(D1)電壓限值及任何繞組電阻壓降限值之和。在這種情況下，需要了解一次輸出電壓與最小輸入電壓之間的關(guān)系。顯然，該降壓無法提供比輸入高的輸出電壓。如果這兩個值太接近了，電路可能就沒有正常工作。您可能會受到最大控制占空比限制，因為輸出電壓大概就是占空比與輸入的乘積。

第二個挑戰(zhàn)是極高占空系數(shù)下的電路工作問題，此時電流會變得非常高。這些高電流可能由電荷守恒及基本電路工作所致。從電荷守恒來看，輸出電容器只在開關(guān)節(jié)點(diǎn)為低時充電。在該周期剩余的時間里，它會提供負(fù)載電流。電荷平均儲存公式為：

其中Icharge/Iout與D對比標(biāo)繪。在占空系數(shù)大于75%時，該比值大于3，并隨占空系數(shù)的增大而迅速攀升。高電流可對二次輸出穩(wěn)壓產(chǎn)生影響。二極管導(dǎo)電時，耦合電感器可將一個反射的一次輸出電壓提供給耦合電感器漏電感、串聯(lián)寄生電阻以及輸出濾波器電容器的串聯(lián)組合。

漏電感會對圖3底部線跡所示的二次電流波形產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，這將影響穩(wěn)壓。漏電感可決定二次繞組中電流上升的速度。如果只有少量漏電感，電流會快速上升到較高值，快速為輸出電容器充電。隨著電感增加，電流上升速度會減慢，這不僅會導(dǎo)致提供給輸出電容器的電荷減少，而且還會導(dǎo)致輸出電壓降低。

圖3：漏電感會對充電電流波形產(chǎn)生強(qiáng)烈影響(綠色=10nH，紅色=100nH，藍(lán)色=1uH)。

圖4是通過仿真得到的漏電感對二次輸出穩(wěn)壓的影響。該圖是基于占空系數(shù)與漏電感標(biāo)繪出的一次輸出電壓與二次輸出電壓曲線。這里采用的是1:1變壓器，支持2.5uH的一次電感和總量變化的漏電感。輸入電壓是5V。一次電流為1A，二次電流為0.2A。

圖4：漏電感是穩(wěn)壓殺手。

第一條曲線是一次輸出電壓，占空系數(shù)與輸出電壓呈線性關(guān)系。其它曲線顯示，二次輸出電壓并非呈線性。

有兩個因素可降低二次穩(wěn)壓性能。在左側(cè)占空系數(shù)較低的地方，二次輸出電壓大約比一次電壓小一個二極管壓降。這可通過同步整流改善。在右側(cè)占空系數(shù)較高的地方，較短的傳導(dǎo)時間會增大峰值電流，而且漏電感的影響也會顯著增大。

如果有大量的漏電感，在占空系數(shù)高于50%或者輸入輸出比為2:1時，該電路可能無法使用。如果漏電感很少，那在占空系數(shù)高達(dá)75%或輸入輸出比為1.33:1時，電路仍能良好工作。如果漏電感極小，該電路則可良好支持高達(dá)83%的占空系數(shù)或1.2:1的電壓比。應(yīng)該注意，高占空系數(shù)的峰值和RMS可能都會非常高，如圖2所示。寄生現(xiàn)象會對這些值產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，了解它們的最簡單方法是仿真。

總之，F(xiàn)ly-Buck是實現(xiàn)簡單隔離式偏置電壓的便捷之選，但在考慮高占空比運(yùn)行時需要謹(jǐn)慎。峰值電流可能會變得非常高。您可通過控制漏電感來增加占空系數(shù)，但是任何高于80%的情況很可能都不切實際。請關(guān)注下一個《電源技巧》，屆時我們將探討開關(guān)電源中的電磁干擾(EMI)注意事項。