Fly-Buck 转换器的最大功率输出

Fly-Buck 转换器(如图 1 所示)是一种生成低功率隔离偏置轨的简单方法，因为它不需要任何基于光耦合器的补偿环路或额外的绕组来调节隔离输出。Fly-Buck 是一种初级侧稳压 (PSR) 转换器。初级(非隔离)输出使用闭环反馈直接调节。次级(隔离)输出调节基于关断期间初级和次级输出电容器的变压器耦合。

Fly-Buck 变压器设计与反激式变压器相比并没有太大的区别。初级绕组是经过稳压的输出绕组。初级绕组的设计与降压拓扑中使用的电感器设计一样简单，而且类似于反激式变压器中的稳压二级绕组。电感值的计算与降压拓扑所用的计算方法相同，其中包括纹波电流、输入电压与开关频率。标准变压器设计理论的匝数比可用来计算未稳压二级绕组上的二级匝数。不同绕组间的耦合是在所有层之间实现平稳交叉稳压的关键，可最大程度减少漏电感及其相关问题，提高变压器效率。

图 1：Fly-buck 转换器。

Fly-Buck 转换器的无源次级调节环路中存在许多非理想元件，如图 2 所示。这些阻抗导致公式 1 指定的目标次级输出电压与实际次级输出电压之间的不匹配。

图 2：Fly-Buck 转换器调节环路中的阻抗。

随着次级输出上的负载电流增加，绕组电流和调节路径中阻抗的压降也增加。

二次稳压可受到多种因素影响，其中包括输入输出电压占空比、变压器漏电感、电源传输(关断时间 TOFF 下)过程中电流循环路径的电阻下降，以及二极管正向压降随温度及正向电流 IF 的变化等。与主动控制的一次输出电压相比，所有这些因素可降低二次输出稳压性能。在一些应用中，在线路电压及负载电流范围内对隔离式输出进行稳压，通常要比图 1 所示电路所能实现的严格得多。

图 3 显示了电感绕组中的电流如何随着负载电流的变化而变化。为了更好的调节，选择漏电感低(耦合更好)和绕组电阻低的变压器(耦合电感)。

图 3：次级负载增加时的电感绕组电流。

功率传输到次级侧发生在降压开关的关断时间(同步整流器开关的导通时间)。对于给定的负载电流，次级绕组平均电流保持不变，而次级绕组导通时间缩短。这导致次级绕组中的峰值电流更高，并且变压器的初级绕组和反射电流更高。

图 4 显示了较低输入电压对峰值绕组电流的影响。峰值绕组电流和斜率的增加导致 fly-buck 次级调节路径的阻抗下降更大。因此，即使初级电压得到调节，次级调节也会随着输入电压的下降而受到影响。

图 4：电感绕组电流与输入电压(或占空比)的关系。

为了获得良好的调节，不要设计大于二分之一的占空比，除非次级上的负载非常轻：

D < 0.5(等式 2)

根据初级输出电压 (V OUT1 ) ，等效建议如公式 3所示：

公式 4 近似于高输入电压下 Fly-buck 转换器的最大功率输出：

对于较低的输入电压，最大功率受输入电压的限制，由公式 5 给出：

图 5 中的图表指导用户估计 TI 的 Fly-Buck 系列稳压器的最大可用功率。

图 5：TI Fly-Buck 稳压器的最大输出功率与最小工作输入电压的关系。

为确保您的 Fly-Buck 设计有足够的输出功率，请牢记以下准则：

· 根据图 5 中的推荐功率范围选择稳压器。

· 选择变压器的匝数比，使占空比保持在推荐范围内。

· 最大限度地减少变压器的泄漏，以实现最佳调节。