电源设计技巧：倒置拓扑如何替代非绝缘反激式

1.前言

最常见的电源之一是离线电源，也称为交流电源。随着越来越多的产品旨在融入标准的家用功能，对输出容量低于1瓦的低功率离线转换器的需求不断增长。效率、集成和低成本对于设计这些应用至关重要。

当拓扑决定，反激式是一般的数字一个用于低功率离线转换器的候选。但是，对于不需要绝缘的区域，这可能不是最佳选择。例如，假设最终产品是用户通过智能手机应用程序操作的智能照明开关。在这种情况下，由于用户在操作过程中无法接触到暴露的电压，因此不需要绝缘。

对于离线电源，反激拓扑是一种合理的解决方案，因为只有少数功率级组件的材料清单( BOM ) 成本低，并且能够设计变压器以处理宽输入电压范围。但是，如果您设计的最终应用不需要绝缘呢？即使在这些情况下，设计人员也可能希望使用反激式，因为输入是离线的。场效应晶体管（到控制器FET）和1如果内置初级侧调节，它将是小尺寸的反激式解决方案。

2.具体方案

图1是TI的1 “使用反激开关UCC28910 进行初级侧调节是使用非隔离反激电路的示例”。虽然这是一个可行的电路，倒置离线降压拓扑比反激式更高效，BOM更少。在这篇Power Tip文章中，我们将仔细研究倒置降压拓扑对低功率AC/DC转换的好处。

图1.使用反激式开关“ UCC28910 ”的非绝缘反激式设计示例

图2显示了倒置型降压的功率级。像反激开关部分2两个磁性部分1单（功率电感代替变压器1单），电容2有两个。顾名思义，翻转拓扑类似于降压转换器。开关在输入电压和地之间产生一个开关波形，由电感/电容网络过滤掉。不同之处在于输出电压被调节为低于输入电压的电位。输出“浮动”低于输入电压，但仍可以像往常一样为下游电子元件供电。

图2。倒置式降压电源级电路原理图

低侧FET允许它直接从反激控制器驱动。图3显示了采用TI的UCC28910反激式开关的颠倒降压。单TO-一个耦合电感器被用于磁开关元件。所述初级绕组用作在电源级的电感器。所述次级绕组提供的定时和输出电压调节信息提供给控制器和充电控制器的本地偏置电源电压（VDD）的电容器。

图3。使用反激式开关“ UCC28910 ”的倒置式降压设计示例

反激拓扑的难点在于如何在变压器之间传输能量。这种降压拓扑，FET能量在导通时间期间积累在空隙中，FET在关断时间为2 将能量传递给初级。在实际变压器中，1初级侧存在一定量的漏感。能量2移至原边时，剩余能量将累积在漏感中。该能量不可用，必须使用齐纳二极管或电阻/电容网络消耗。

对于降压拓扑，泄漏能量在FET关断期间通过二极管D2提供给输出。这减少了零件数量并提高了效率。

另一个1点单差是导通损失磁性元件每个设计。将功率传输到垂直倒置降压器的绕组为1，因为只有一个，电源的所有电流都流过绕组，获得了良好的绕组利用率。反激的绕组利用率不是那么好。场效应管导通时，电流为1将流过初级绕组，2不流向初级侧。场效应管关断时，电流2将流过初级绕组，1不流向初级侧。因此，更多的能量储存在变压器中，并且在反激式设计中使用更多的绕组来提供相同数量的输出功率。

图4为降压电感、反激变压器1初级和2初级绕组电流波形的比较。输入和输出规格相同。降压电感左侧蓝色方波中，右侧2为单红色方形反激1初级绕组，2为绕组。对于每个波形，2均方根电流乘以绕组电阻，并计算传导损耗。绕组降压1，因为仅存在一个，磁性成分的总传导损耗，1被丢失，由于一个绕组。然而，飞回的总导通损耗，1的初级绕组的损失和2将是加在初级绕组的损失。此外，在类似的功率下，反激式将具有比倒置降压设计更大的磁性组件。两个组件的能量存储等于½ L x I PK 2。

在所示的波形中，所需的功率在上下反向降压中累积，计算出第1分钟的反激4所需的累积功率就足够了。因此，与功率相当的反激式设计相比，倒置降压设计的占位面积要小得多。

图4。降压和反激拓扑之间的电流波形比较

当不需要绝缘时，反激拓扑并不总是低功耗离线应用的最佳解决方案。倒置降压有可能使用更小的变压器和电感器，这可以提高效率，同时降低BOM成本。对于电力电子设计人员来说，考虑所有可能的拓扑解决方案以确定哪一种最适合他们所需的规格非常重要。