在反激式變換器中，電感被分割以形成耦合電感，它也被稱為反激式變壓器。耦合電感將變換器的輸入與其輸出隔離。圖 1 為反激式變換器的示意圖，其組成如下：

VIN：輸入電壓，即電路的電源。

CIN和COUT：分別為輸入和輸出電容。電容用于存儲(chǔ)和釋放到穩(wěn)壓器VIN和輸出電壓(VOUT)的電荷。

Control：來(lái)自IC 控制器的信號(hào)，用于導(dǎo)通原邊MOSFET。它允許電流流過(guò)LP，并傳輸至輸出。

LP和LS：分別為原邊和副邊電感。耦合電感存儲(chǔ)并釋放能量，并根據(jù)各自繞組中的匝數(shù)確定VOUT。

D：二極管，通過(guò)將交流電(AC) 轉(zhuǎn)換為直流電(DC)對(duì)VOUT進(jìn)行整流，使電流只能沿一個(gè)方向流動(dòng)。

RL：用于模擬反激式變換器功耗的負(fù)載。

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圖1: 反激式變換器拓?fù)?/p>

反激式變換器注意事項(xiàng)

選擇反激式變換器時(shí)，需要考慮一些重要的因素，其中包括確定一些基本參數(shù)，例如VIN、VOUT、LP和LS。下面列出了另外一些注意事項(xiàng)：

變壓器匝數(shù)比NP:NS（NP為原邊繞組匝數(shù)，NS為副邊繞組匝數(shù)）直接影響VOUT。如果 NS增加，則 VOUT按比例增大；如果NS減小，VOUT也成比例減小。NP 與VOUT的關(guān)系則成反比，NP增加，VOUT 按比例減少；反之亦然。

占空比是導(dǎo)通時(shí)間與總開(kāi)關(guān)周期的比率(tON / τSW)。占空比根據(jù) VOUT和變壓器匝數(shù)比確定 VIN；占空比越高，VOUT越高。

保護(hù)機(jī)制和隔離能力對(duì)于反激式變換器滿足 UL 1577 和 IEC 62368 等安全標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要?？舍槍?duì) EMI 性能來(lái)優(yōu)化保護(hù)功能，以確保設(shè)備不會(huì)在次優(yōu)條件下運(yùn)行。

反激式變換器操作

反激式變換器工作的本質(zhì)是存儲(chǔ)和傳輸能量。其工作周期包括導(dǎo)通時(shí)間(tON)和關(guān)斷時(shí)間(tOFF)，它們由 MOSFET 的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)控制（見(jiàn)圖 2）。tON期間，MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流從輸入端流經(jīng)LP，為耦合電感充電；tOFF期間，MOSFET 處于關(guān)斷狀態(tài)，耦合電感通過(guò)二極管消磁，然后該電流為 COUT充電并為負(fù)載供電。這個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)化為以下幾個(gè)步驟：

1. tON開(kāi)始。當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，電流流過(guò)LP，能量存儲(chǔ)在變壓器的磁場(chǎng)中。
2. tON結(jié)束。
3. tOFF開(kāi)始。當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)的能量通過(guò)副邊二極管/MOSFET 傳輸?shù)捷敵觯瑢?duì)COUT充電并提高VOUT。
4. tOFF結(jié)束。

圖2:tON和tOFF

這個(gè)周期不斷循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)VOUT的調(diào)節(jié)。 盡管反激式變換器都遵循上述整體流程工作，但仍然可以選擇一些其他流程和模式來(lái)提升效率。

連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 和斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)

反激式變換器可以在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 或斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下運(yùn)行。

在 CCM 模式下，MOSFET 在電感完全放電之前從 tOFF切換到tON，從而防止電感電流(IL)降至零。在 DCM 模式下，能量則被完全釋放，這意味著有一段時(shí)間IL為零；當(dāng) IL為零時(shí)，二極管和 MOSFET 均處于關(guān)斷狀態(tài)。

由于 CCM 具有恒定電流，因此建議在負(fù)載變化的應(yīng)用中采用此模式，因?yàn)樗梢蕴峁└€(wěn)定的 VOUT。對(duì)于中等或重載應(yīng)用，CCM 也通常更加有利。

但對(duì)輕載而言，則建議采用DCM模式。在 DCM 模式下，輕載瞬態(tài)響應(yīng)更快；而且，如果副邊二極管/MOSFET 在tOFF期間具有零電流開(kāi)關(guān) (ZCS)，DCM的效率也更高。ZCS在電流一達(dá)到零時(shí)就立即關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件，可降低開(kāi)關(guān)器件的功耗。

表 1 對(duì)這兩種模式進(jìn)行了簡(jiǎn)要的比較。

表1: CCM 和 DCM

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原邊調(diào)節(jié) (PSR) 和副邊調(diào)節(jié) (SSR)

反激式變換器面臨的最大難點(diǎn)之一是保持輸入與輸出之間的隔離，這種隔離將變換器分為原邊和副邊。

有了原邊調(diào)節(jié) (PSR)，變換器可以用很少的組件來(lái)調(diào)節(jié)輸出。輔助繞組與輸入電壓共享相同的接地參考，因此無(wú)需外部光耦合器（見(jiàn)圖 3）。而輔助變壓器與VOUT相關(guān)，因此可以利用變壓器的匝數(shù)比來(lái)控制系統(tǒng)。

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圖3: 原邊調(diào)節(jié)

建議將 PSR 用于高壓應(yīng)用，因?yàn)樗梢越档透綦x電壓要求，從而降低總成本。不過(guò)，PSR 在IL最低時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，因此不能提供持續(xù)的監(jiān)控，這也意味著調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。

副邊調(diào)節(jié)（SSR）能夠提供更精確的調(diào)節(jié)。在 SSR 中，VOUT被直接采樣，并通過(guò)光耦合器，在不破壞隔離屏障的情況下將該信號(hào)發(fā)送到變換器（見(jiàn)圖 4）。SSR 還允許設(shè)計(jì)人員利用其他方法來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)，例如使用升級(jí)繞組或加權(quán)反饋。

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圖4: 副邊調(diào)節(jié)

但是，SSR 需要額外的外部元件。這會(huì)增加解決方案的尺寸和成本，并且還會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)楦嗟慕M件意味著更多的故障可能性。

表 2 對(duì)PSR 和 SSR 進(jìn)行了簡(jiǎn)要的比較。

表2: PSR 和 SSR

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同步整流(SR)

同步整流器 (SR) 可代替二極管。由于同步整流采用有源控制開(kāi)關(guān)，例如功率 MOSFET；而MOSFET 具有較低的導(dǎo)通電阻(RDS(ON))，因此壓降比二極管更小。所以，采用同步整流可降低功耗并提高效率。

同步整流使用比較器來(lái)采樣電壓并在特定時(shí)間打開(kāi)晶體管，以允許電流沿正確的方向流動(dòng)。盡管增加外部組件會(huì)使系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，但它提高了效率；而且，由于功耗較低，還可使PCB具有較低的整體溫度。

MPS的反激式控制器

反激式變換器是模塊化電源，它由反激式控制器和用于實(shí)現(xiàn)所需功能配置的所有電源開(kāi)關(guān)和變壓器組成。

反激式控制器是用于控制電源的IC。它由放置在單個(gè)芯片中的微電子電路設(shè)計(jì)而成，芯片封裝在典型的塑料封裝內(nèi)（例如 SOIC-8、SOICW-16 和 TSOICW16-15）。反激式控制器具有多項(xiàng)功能，例如所有的控制電路、電壓和電流調(diào)節(jié)器以及用于導(dǎo)通和關(guān)斷功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器。

MPX2002 11是MPS提供的一款一體化反激式控制器，它采用 SOIC-W16 或 TSOICW16-15 封裝，并集成了原邊驅(qū)動(dòng)電路、副邊控制器、SR 驅(qū)動(dòng)器和符合安全標(biāo)準(zhǔn)的反饋電路（見(jiàn)圖 5）。

MPX2002 11兼具 PSR 和 SSR 的優(yōu)點(diǎn)。它具有可匹配原邊 MOSFET 信號(hào)的 SR，并具有集成 SR 控制器來(lái)調(diào)節(jié) SR MOSFET ，具備高度靈活性。

圖5: MPX2002

MPX2002 11在重載條件下以 CCM 模式運(yùn)行，但在負(fù)載降低時(shí)會(huì)切換至準(zhǔn)諧振 (QR) 模式。根據(jù)負(fù)載的變化切換工作模式讓MPX2002 可以在寬負(fù)載范圍內(nèi)保持高效率。

MPX2002 11 還同時(shí)為原邊和副邊提供超強(qiáng)的保護(hù)功能。原邊保護(hù)功能包括：

短路保護(hù)(SCP)：SCP 可保護(hù)MPX2002 免受過(guò)流(OC) 情況的影響。它是一種防浪涌方法，在第一次觸發(fā)后器件不會(huì)關(guān)閉；但在 8 個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)如果 SCP 被觸發(fā)兩次，則原邊停止切換；一旦觸發(fā)條件消除，則恢復(fù)正常工作。

CS 短路保護(hù)（SSP）：如果 CS 引腳電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定值，則啟動(dòng) SSP 以防止原邊電流過(guò)載。該保護(hù)僅在前幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)起作用。

過(guò)壓保護(hù)(OVP)：IC 可以啟動(dòng)OVP以防止組件因OV 條件的應(yīng)力而損壞。

欠壓保護(hù)(BOP)：觸發(fā)BOP 可確保器件不會(huì)因VIN不足而出現(xiàn)斷電情況。

原邊過(guò)溫保護(hù)(POTP)：原邊的POTP可防止器件因過(guò)熱而損壞。當(dāng)原邊結(jié)溫超過(guò) POTP 閾值（約 150°C）時(shí)，切換即停止，直到結(jié)溫下降約 40°C。

原邊過(guò)流保護(hù)(POCP)：器件啟動(dòng)期間，原邊會(huì)對(duì)副邊進(jìn)行監(jiān)控。如果原邊未在 OCP 時(shí)間(tOCP)內(nèi)啟動(dòng)，則判斷為故障情況。在此故障條件下，POCP 標(biāo)志被設(shè)置，并且原邊運(yùn)行于保護(hù)模式下。

原邊外部保護(hù)(PEP)：MPX2002 具有通用保護(hù)引腳(PEP)。MPX2002 每 100μs 到 200μs 監(jiān)控一次 PEP 上的電壓。如果 PEP 引腳電壓低于設(shè)定的保護(hù)閾值 0.5 V，則PEP 標(biāo)志被拉高。該引腳可用于指示外部組件的 OTP，也可用于 OVP（見(jiàn)圖 6）。

圖6: 原邊外部保護(hù)

副邊保護(hù)功能包括：

副邊欠壓鎖定(SUVLO)保護(hù)：為了防止副邊在電壓不足的情況下工作，副邊在電源電壓(VDD) 超過(guò)其上升閾值之前不會(huì)工作。一旦 VDD 降至下降閾值以下，副邊即關(guān)閉。

副邊過(guò)載保護(hù)(SOLP)：MPX2002 的IS 引腳通過(guò)電流采樣電阻對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣。如果 IS 電壓超過(guò)過(guò)載閾值且時(shí)間超過(guò)延遲時(shí)間，則觸發(fā) SOLP ，器件停止開(kāi)關(guān)。

副邊OVP (SOVP)：副邊也具有OVP 功能以保護(hù)MPX2002 免受過(guò)壓影響。

FB 開(kāi)環(huán)保護(hù)(FBOLP)：如果發(fā)生故障情況，MPX2002 可能會(huì)丟失其反饋環(huán)路，VOUT 也可能失控。為保護(hù)電路，MPX2002 會(huì)檢查VOUT和 FB 引腳電壓。一旦FB 引腳電壓低于其閾值一段設(shè)定的時(shí)間，則副邊啟動(dòng) FBOLP 以保護(hù)器件。

SR 柵極開(kāi)路/短路保護(hù)（SGOP/SGSP）：SR 驅(qū)動(dòng)器具有SGOP，可在SR 無(wú)法成功導(dǎo)通時(shí)保護(hù)電路免遭損壞。直到原邊再次啟動(dòng)后，副邊才會(huì)啟動(dòng)。

SRD 異常保護(hù)（SRDP）：如果副邊啟動(dòng)并且有連續(xù)7 個(gè)原邊開(kāi)關(guān)脈沖，但 SR 柵極沒(méi)有達(dá)到 SRD 引腳設(shè)定的閾值，則直到原邊或副邊觸發(fā)欠壓鎖定 (UVLO)保護(hù)，副邊才會(huì)恢復(fù)。

副邊過(guò)溫保護(hù) (SOTP)：與 POTP 類似，SOTP 也有相應(yīng)的保護(hù)閾值，它設(shè)置 SOTP 標(biāo)志，直到副邊結(jié)溫降至遲滯閾值以下。

MPX2003 7是另一款一體化反激式控制器，它可以采用 CCM、DCM 和 QR 模式工作。該器件集成了控制器、副邊 SR 以及采樣和驅(qū)動(dòng)電路，并100%通過(guò)生產(chǎn) HIPOT 合規(guī)性測(cè)試。與 MPX2002 11 一樣，MPX2003 7 也采用 SOICW-16 封裝和 TSOICW16-15 封裝。

MPX2003 7 提供的保護(hù)功能也與 MPX2002 11 相同，并且支持相同的安全準(zhǔn)則。除此之外，MPX2003 7 的DIN VDE V 0884-17 認(rèn)證正在進(jìn)行中，而且該器件具有更出色的開(kāi)關(guān)頻率(fSW)，fSW可高達(dá) 140kHz。

總結(jié)

反激式變換器采用耦合電感將變換器分為兩個(gè)部分（原邊和副邊），并在寬VIN范圍內(nèi)調(diào)節(jié) VOUT。這些變換器可在不同負(fù)載條件下以 CCM 模式運(yùn)行，或者以低輸出功率的 DCM 模式運(yùn)行來(lái)提高效率。反激式控制器位于反激式變換器的電源模塊內(nèi)，用于控制電路并進(jìn)行優(yōu)化。

MPX2002 11是一款一體化反激式控制器，它具有反激式變換器的所有典型優(yōu)勢(shì)，如高效率、出色的 VOUT調(diào)節(jié)和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)；同時(shí)它還提供豐富的保護(hù)功能，可同時(shí)保護(hù)變換器的原邊和副邊免受故障條件的影響。MPX2003 7是另一款將獲得額外安全功能認(rèn)證的類似器件，它可以實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率。 MPS 提供具有 PSR、SSR 或兩者的反激式控制器。請(qǐng)?jiān)L問(wèn) MPS 官網(wǎng)，了解更多 MPS反激式控制器 4，找到滿足您應(yīng)用需求的解決方案。