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無需光耦的隔離型返馳式DC/DC轉換器 Part 2

通過控制一次側
使二次側穩定的手法

Keyword
  • 反激電壓
  • 比較器
  • 差分電路

-僅看電路圖的話,好像是不穩定的絕緣電源,那麼穩定性如何呢?

當然很穩定。下面說明一下BD7F系列是如何使輸出穩定的。看圖解說更容易理解,請看下圖。

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圖左側的電路圖是DB7F系列的簡略電路方電路方塊圖和外接變壓器及二次側整流電路。右側是各節點的電壓(Vx)和電流(Ix)波形。

且說沒有來自二次側的回饋,是如何進行穩定化的。組成一次側反激電壓Vsw的成分中含有Vout,因而通過監測Vsw並進行運算,來間接檢測Vout進行穩定化控制。

再稍微詳細地說明一下,請看圖中的波形和公式。Vsw是一次側反激電壓,是變壓器的一次側繞組的一端和這個IC的SW引腳連接的節點中,內建開關(MOSFET)關斷時產生的電壓。該Vsw表示“變壓器的匝數比(一次側Np/二次側Ns)”乘以“Vout與輸出整流二極體Vf的和”的值加上“Vin”的電壓。簡單地講,產生與變壓器的匝數比成正比的(Vout+Vf)電壓加上Vin的電壓。比起文字描述,看圖和公式更容易理解。補充一點。該公式為了便於理解而進行了簡化。這裡將Vout+Vf)作為二次側產生的電壓,嚴密地講,(Vout+Vf)需要加上“二次側的總電阻(繞組電阻和ESR)×Is”的電壓。該項會導致誤差,因此用來設計的計算需要考慮進去。

-現在瞭解了利用一次側的反激電壓。關於運算,如果不是特別難,能否指教一二?

我認為原理上並不是很難。雖說如此,還是有圖和公式更容易理解。再次利用圖和式進行說明。圖中兩處用圓圈圈起來的部分是關鍵之處。另外,詳情在產品的技術規格書中有記載,技術規格書中的公式不是前面的簡化公式,而是含有二次側電壓全項的公式,為便於統一接下來使用技術規格書中的公式。符號的標示(小寫、下標)略有不同,但意義相同。

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首先,下面是基本公式。VSW是SW引腳的反激電壓。給前面的簡化公式添加了“IS×ESR”。

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VSW通過電阻RFB轉換為電流IRFB。FB引腳的電壓VFB利用與VIN的差分電路達到與VIN幾乎相等的電壓。請記住該工作是環路控制,與運算放大器的差分電路思路相同。用公式表示IRFB如下。

fom1

可以看出,VFB≒VIN,因此VSW減去VIN(VFB)後的電壓除以RFB,即等於IRFB。這樣,公式中出現了VOUT項。下面來求VOUT

由於這個IRFB流過電阻RREF,因此REF引腳的電壓VREF的公式如下。
IRFB已經展開了,收回後當然就是VREF=RREF×IRFB

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請看方電路方塊圖。REF引腳的電壓被輸入IC內部比較器的非反相引腳,並與反相引腳的基準電壓(0.78V)進行比較。一般的控制IC中,這裡是誤差放大器,但在這款IC中是使用了比較器的控制方式,因此是比較器。思路與誤差放大器相同,REF引腳(比較器的反相輸入)的電壓等於基準電壓(0.78V)。所以,輸出電壓VOUT和REF引腳的電壓VREF的關係如下列公式。

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也就是說,輸出電壓VOUT由變壓器的匝數比、RFB和RREF的電阻比決定。VF和IS×ESR是引發輸出電壓誤差的因素。

-原來如此。現在明白了是通過環路控制一次側的反激電壓,來間接地使輸出電壓穩定。設計時,只要根據這些公式來設定輸出電壓就可以了吧。

是的,這樣即可。在技術規格中,RREF的標準值是3.9kΩ,VREF是0.78V(typ),因此基於這些即可設定輸出電壓。另外,技術規格中還提供了應用電路示例和推薦變壓器,所以請務必仔細閱讀技術規格。

-以上請您解介紹了無需光耦和輔助繞組的關鍵原理,下次將請您介紹一下DB7F系列IC的功能和特長。

(未完待續)

無需光耦的隔離型返馳式DC/DC轉換器 Part 1

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