在電氣隔離電源設(shè)計(jì)中，反激式轉(zhuǎn)換器因其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)而被廣泛使用。然而，隨著功率需求的增加，反激式轉(zhuǎn)換器的局限性逐漸顯現(xiàn)。正向轉(zhuǎn)換器作為一種替代方案，不僅能夠提供更高的功率，還能在某些方面優(yōu)化電源性能。電源管理芯片代理商-中芯巨能將為您介紹正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原理、優(yōu)勢(shì)以及適用場(chǎng)景。

反激式轉(zhuǎn)換器的局限性

反激式轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，通常采用一個(gè)反激式控制器，如 ADP1071。其工作原理是通過變壓器存儲(chǔ)能量，并在開關(guān)關(guān)閉時(shí)釋放能量。這種設(shè)計(jì)在低功率應(yīng)用中表現(xiàn)出色，但在高功率應(yīng)用中存在明顯局限。由于變壓器需要存儲(chǔ)大量能量，其體積和成本會(huì)隨著功率的增加而顯著上升。在大多數(shù)應(yīng)用中，反激式轉(zhuǎn)換器的功率上限約為 60 W。

正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與優(yōu)勢(shì)

正向轉(zhuǎn)換器是一種更適合高功率應(yīng)用的電氣隔離電源拓?fù)洹Ｅc反激式轉(zhuǎn)換器不同，正向轉(zhuǎn)換器在工作時(shí)，變壓器的初級(jí)和次級(jí)電流是同步的。這意味著變壓器不需要存儲(chǔ)大量能量，從而可以顯著減小變壓器的體積和成本。正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)概念如圖 1 所示。

正向轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其輸出電壓的紋波較低。由于正向轉(zhuǎn)換器通常需要在輸出端增加一個(gè)額外的電感 L1，這有助于進(jìn)一步降低輸出電壓的紋波，提高電源的穩(wěn)定性。

正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

盡管正向轉(zhuǎn)換器具有諸多優(yōu)勢(shì)，但其設(shè)計(jì)也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，為了避免變壓器線圈在每個(gè)周期無意地存儲(chǔ)電能，需要采用有源箝位布線，如圖 1 中的開關(guān) Q4 和電容 CC。此外，正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)需要更復(fù)雜的控制邏輯，以確保變壓器在開關(guān)關(guān)閉期間能夠完全放電，避免變壓器飽和。

ADP1074：正向轉(zhuǎn)換器的高效解決方案

為了簡(jiǎn)化正向轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，推薦使用ADP1074，這是一款專為有源鉗位正向轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的電流模式控制器。ADP1074 提供了非常緊湊的設(shè)計(jì)解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電源管理。

ADP1074 的主要特性包括：

集成絕緣電壓：提供 5 kV（寬體 SOIC 封裝）或 3.0 kV（LGA 封裝）的絕緣電壓，采用 ADI 的 iCoupler 專利技術(shù)。

寬電源電壓范圍：主面 VIN 高達(dá) 60 V，輔面 VDD2 高達(dá) 36 V。

集成 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器：用于電源開關(guān)和有源鉗位復(fù)位開關(guān)的集成 1 A 主面 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，以及用于同步整流的集成 1 A 輔面 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。

高精度控制：集成誤差放大器和 <1% 精密基準(zhǔn)電壓，確保輸出電壓的高精度。

靈活的編程功能：提供可編程斜率補(bǔ)償、頻率范圍（50 kHz 至 600 kHz）、頻率同步、最大占空比限值、軟啟動(dòng)、死區(qū)時(shí)間等，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

省電模式：通過 MODE 引腳實(shí)現(xiàn)省電輕負(fù)載模式，優(yōu)化低功率運(yùn)行效率。

適用場(chǎng)景與建議

正向轉(zhuǎn)換器適用于需要高于 60 W 功率的電氣隔離電源應(yīng)用。即使在功率等級(jí)低于 60 W 時(shí)，正向轉(zhuǎn)換器在某些情況下也比反激式轉(zhuǎn)換器更具優(yōu)勢(shì)，尤其是在對(duì)輸出電壓紋波和電源效率有較高要求的場(chǎng)景中。為了更簡(jiǎn)單地確定使用哪種拓?fù)洌ㄗh使用免費(fèi)電路模擬器 LTspice 進(jìn)行模擬仿真，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

總結(jié)

正向轉(zhuǎn)換器作為一種高效的電氣隔離電源拓?fù)洌軌蛱峁└叩墓β屎透偷妮敵鲭妷杭y波。盡管其設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，但通過使用像 ADP1074 這樣的高性能控制器，可以顯著簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，提高電源的可靠性和效率。無論是在高功率工業(yè)應(yīng)用還是對(duì)性能要求較高的低功率場(chǎng)景中，正向轉(zhuǎn)換器都是一個(gè)值得考慮的解決方案。

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