PowerLab 筆記: 如何使用 Fly-buck? 為低電壓、低功耗工業(yè)應(yīng)用供電

有些工業(yè)應(yīng)用中包含分支電路，需要小型電源為跨隔離邊界的噪聲敏感型電路供電。在PLC、數(shù)據(jù)采集以及測(cè)量設(shè)備等應(yīng)用中，該隔離邊界可提供抗噪功能。需要這種隔離式電源的典型分支電路包括隔離式 RS-232 和 RS-485 通信通道、線路驅(qū)動(dòng)器、隔離式放大器、傳感器以及 CAN 收發(fā)器。此外，我們?cè)谄渌鼞?yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的電源需求，它們需要隔離式電源為 IGBT 提供柵極驅(qū)動(dòng)器電源，而且在一些醫(yī)療應(yīng)用中也需要隔離技術(shù)來(lái)確保安全性。

下圖是這類(lèi)系統(tǒng)電源需求的簡(jiǎn)單方框圖。低電壓軌（通常 3.3V 或 5V）適用于主系統(tǒng)電源?？蓪⒃撾妷很売糜谏筛綦x式低功耗電壓軌，其通常需要低于 2W 的功耗，而且未經(jīng)穩(wěn)壓。

在這些系統(tǒng)中，非對(duì)稱(chēng)半橋或 fly-buck? 拓?fù)?/strong>可提供良好穩(wěn)壓的高效率解決方案。下圖是 fly-buck 拓?fù)涞暮?jiǎn)化原理圖。這張圖乍眼一看似乎很復(fù)雜，但進(jìn)一步觀察后會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)很簡(jiǎn)單。一次側(cè)電路由一個(gè)控制器、一個(gè)高側(cè) (S1) 及一個(gè)低側(cè) (S2) 電源開(kāi)關(guān)、一個(gè)電感器和一個(gè)輸出電容器 (Cr) 組成。

通常，控制器和 FET 整合在統(tǒng)一封裝中，支持更高集成度的解決方案。該一次電路在外觀和工作方式上與降壓穩(wěn)壓器完全相同，其中 Cr 上的電壓由控制器調(diào)節(jié)。二次電路的外觀和工作方式則類(lèi)似于反激轉(zhuǎn)換器，其中可將二次繞組添加至電感器，提供隔離式輸出電壓。當(dāng) S2 導(dǎo)通時(shí)，Cr 上的電壓加于電感器繞組。該電壓經(jīng)電感器耦合，并通過(guò) D1 為輸出電容器 (Co) 充電。輸出電壓值只取決于電感器的匝數(shù)比和 Cr 上的穩(wěn)定電壓。

由于 Cr 的電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓，因此與大多數(shù)未穩(wěn)壓方案相比，該拓?fù)淇杀３窒喈?dāng)嚴(yán)格的輸出電壓穩(wěn)壓。fly-buck 穩(wěn)壓降低的主要因素在于負(fù)載，并與電感器中的繞組阻抗、輸出二極管正向電壓以及電感器中泄漏電感有關(guān)。通常可通過(guò)進(jìn)行少量預(yù)加載，將額定 5V 輸出電壓誤差保持在 +/-5% 以?xún)?nèi)。

由于一次電路的同步屬性，fly-buck 電源的效率也十分顯著。以PMP6813為例，其可提供 1W 5V 的隔離電壓，并支持超過(guò) 80% 的效率。這種高效率與集成型 FET 進(jìn)行完美結(jié)合，可使 fly-buck 解決方案適合極小型封裝。以上提到的PMP6813設(shè)計(jì)方案適合 10 毫米 × 20 毫米的電路板面積，而且設(shè)計(jì)采用經(jīng)過(guò) 3kV 高壓測(cè)試的變壓器。

盡管我提供的實(shí)例是針對(duì) 5V 輸出，但可通過(guò)選擇具有不同匝數(shù)比的電感器便捷改變輸出電壓。此外，它還可生成 +/-15V 等隔離式分軌電源。一般來(lái)說(shuō)，更高的輸出電壓也會(huì)產(chǎn)生更高的效率。PowerLab 庫(kù)中加載了幾種 fly-buck 設(shè)計(jì)方案，例如下面給出的實(shí)例。請(qǐng)及時(shí)查閱新博客內(nèi)容，了解我們每月為 PowerLab 新增的更多參考設(shè)計(jì)。

• PMP6813— 5V 輸入至 5V/1W 輸出的隔離式 DIP 模塊
• PMP6838— Flybuck 隔離式 SIP 模塊 4.5~5.5V 輸入電壓、5V/1W
• PMP7315— Flybuck 18-30V 輸入電壓、24V/100mA 輸出
• PMP7942.1— Flybuck 17~32V 輸入電壓、雙 5V/0.25A、15V/0.1A