高性能 Flybuck

提高 Flybuck 的性能

但是，我們如何才能進一步提高簡單 Flybuck 的性能呢？本文介紹了三種不同的方法，可以單獨使用，也可以同時使用。首先，使用反相拓撲會影響占空比范圍，因此將提高許多應用的性能和效率。其次，增加同步整流器將減少次級側損耗，并改善輸出電壓調節。最后一種方法將通過添加一個光耦合器來調節輸出電壓，從而進一步改善輸出電壓調節。

圖 1 顯示了采用[光耦合器]和次級同步整流的反相 Flybuck 的簡化原理圖。

圖 1：高性能 Flybuck 的簡化原理圖

在 Flybuck 中，最小輸入電壓必須始終高于主輸出電壓。這通常會導致低輸入電壓的高占空比。這在許多 Flybuck 應用中是一個缺點，因為高占空比會大大增加峰值電流。因此，在大量漏感的情況下，Flybuck 可能無法在占空比高于 60% 的情況下使用。

幸運的是，還有另一種選擇?？梢允褂梅聪?BuckBoost 代替 Buck，因為這將在許多應用中降低占空比。當然，只有當初級側不需要正電壓時，它才可以實現，因為 BuckBoost 會產生負初級電壓。

每個同步降壓控制器都可用于實現產生負輸出電壓的反相 BuckBoost。這只是讓控制器工作所需的簡單技巧。在標準降壓器件中，輸出電壓連接到電感器，返回線連接到GND。對于反相 BuckBoost，只需將器件接地連接到負輸出（而不是 GND），并在輸入和負輸出之間連接一個額外的電容器。（見圖 1）。在此配置中，[降壓]控制器將產生負輸出電壓。必須注意控制器的最大 VDD 電壓額定值。輸出處于穩壓狀態后，控制器以負輸出為基準。因此，控制器看到的最大VDD電壓是輸入和輸出電壓之間的電壓差。請注意，UVLO將無法正常工作，因為在此配置中，UVLO要低得多。

次級側同步整流器

驅動次級側同步整流器的方法有很多種。您可以添加一個單獨的柵極驅動變壓器來驅動次級同步 FET。如果初級控制器與外部初級[MOSFET]一起使用，則可以從初級側獲取驅動信號。

另一種方法是使用次級側同步控制器，這種控制器價格昂貴，但通?？梢酝昝赖乜刂艶ET。比這兩種方法更簡單、更便宜的方法是在 Flybuck 變壓器上添加柵極驅動繞組。這種“自我驅動”的技術只需要幾美分，但不幸的是，這種簡單的方法有一個缺點。時序無法完美控制，這可能會導致短的擊穿電流。這將增加功耗并降低效率。電路應在實驗室中進行驗證，以確保在所有條件下安全運行。然而，與輸出二極管相比，自驅動[同步整流器將提高]效率和輸出電壓調節。圖1顯示了自驅動同步FET的簡單電路（以棕色突出顯示）。

光耦合器反饋

在初級側控制中，次級輸出電壓通過初級側電壓的耦合進行調節。次級輸出僅由初級輸出和 [變壓器]控制。輸出整流器或寄生元件（如漏感、繞組電阻、布局或其他組件）的壓降無法補償。因此，通常只能實現約5%至10%的輸出電壓調節。當需要更好的調節時，可以使用光耦合器來調節次級輸出電壓。

輸出電壓的調節是如何工作的？

圖1所示為光耦合器穩壓設計的簡化電路。TL431 等 [誤差放大器] （U3） 與光耦合器一起使用，以提供反饋環路隔離。由于線路或負載變化而導致的輸出電壓的微小變化可通過誤差放大器的輸入端檢測，并與內部基準電壓源進行比較。分壓輸出電壓（R7、R8）和基準電壓之間的差值被轉換為誤差電流。

該誤差電流信號通過光耦合器傳輸到初級側。在初級側，控制器 （U1） 正在調節負初級電壓。與次級側類似，電阻分壓器（R3、R4）用于測量輸出電壓并將其與控制器的內部基準電壓進行比較。換句話說，有兩條反饋路徑，一條在初級側，一條在次級側。只需將光晶體管連接到初級側電阻分壓器即可將這兩條反饋路徑組合在一起（見圖1）。

光電晶體管與高壓側電阻（R3）并聯，因此，有效電阻只能減小。因此，必須謹慎選擇初級側電阻分壓器。為了次級回路可以控制兩個方向（增加和減少輸出電壓），初級回路本身必須調節高于所需水平的初級電壓（絕對值）。這意味著必須將初級側分壓器設置為負輸出電壓的較高絕對值。因此，次級環路能夠增加和減少瞬態期間所需的輸出電壓。

人氣上升

Flybuck 拓撲結構在具有寬輸入電壓范圍或寬功率電平范圍的應用中尤為普遍，Flybuck 的性能有時不夠。所提出的方法展示了改善這種隔離拓撲行為的方法。

德州儀器 （TI） 的 PMP30197 參考設計中顯示了具有光耦合器反饋和同步整流的反相 Flybuck 的實際示例。峰值效率在92%以上（見圖2），負載調整率優于1.5%。所有技術文件，如原理圖、測試報告、BOM或Gerber文件都可以在這里下載。

圖 2：效率參考設計PMP30197

審核編輯 黃宇