對(duì)于尋找合適的開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器（“穩(wěn)壓器”）的工程師來(lái)說(shuō)，很少考慮反激式轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)計(jì)起來(lái)很麻煩。但是，如果應(yīng)用要求高電壓（功率相對(duì)較低） ），反激型是自成一體的。

由于它用于產(chǎn)生高電壓，因此反激式穩(wěn)壓器采用變壓器確保電流隔離，出于安全考慮，取代了（非隔離）電感器。傳統(tǒng)的開關(guān)升壓/降壓（“降壓”/“升壓”）調(diào)節(jié)器。然而，使用變壓器確實(shí)使這種類型的穩(wěn)壓器不適合高功率應(yīng)用。

本文仔細(xì)研究了反激式穩(wěn)壓器，探討了它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并描述了應(yīng)用類型這種類型的穩(wěn)壓器最適合。

需要隔離

開關(guān)降壓/升壓穩(wěn)壓器對(duì)電源轉(zhuǎn)換工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)主力?？煽?，高效，相對(duì)易于設(shè)計(jì)（盡管不像線性穩(wěn)壓器那么簡(jiǎn)單 - 參見TechZone文章“了解線性穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)”），以及豐富的降壓/升壓穩(wěn)壓器，如Fairchild Semiconductor KA34063A - 單片100 Hz至100 kHz開關(guān)電源 - 通常是設(shè)計(jì)師下一個(gè)項(xiàng)目的候選名單。

如同這些設(shè)備一樣受歡迎，它們確實(shí)存在一個(gè)缺點(diǎn)：如果設(shè)備是調(diào)節(jié)器正在通電需要高電壓，沒(méi)有辦法將電壓與可能發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的電壓隔離（例如，敏感的電子元件和脆弱的人）。

反激式調(diào)節(jié)器克服了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)集成變壓器 - 充當(dāng)耦合電感器 - 轉(zhuǎn)換器可獲得所需的電流隔離，以確保高壓輸出應(yīng)用中的安全性。這使得反激式轉(zhuǎn)換器可用于產(chǎn)生設(shè)備所需的高電壓，例如CRT管，絕緣測(cè)試設(shè)備，復(fù)印機(jī)和氙閃光燈。 （請(qǐng)注意，雖然存在其他隔離拓?fù)?，例如正激轉(zhuǎn)換器，但反激是最簡(jiǎn)單的，因此也是最便宜的類型。）

反激式穩(wěn)壓器拓?fù)溥€帶來(lái)了另外兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：消除初級(jí)和次級(jí)電路之間的接地回路，提高了抗噪性（參見TechZone文章“功率模塊的傳導(dǎo)和輻射減少技術(shù)”），以及系統(tǒng)中輸出連接的簡(jiǎn)易性，而不會(huì)與主要接地相沖突。圖1顯示了反激式穩(wěn)壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是如何從降壓/升壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中得出的（為了清晰起見，開關(guān)控制器已被排除在原理圖之外）。

圖1：反激式穩(wěn)壓器源自降壓/升壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。請(qǐng)注意，在反激式設(shè)計(jì)中用變壓器替換降壓/升壓穩(wěn)壓器的電感器（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體提供）。

反激式穩(wěn)壓器與其他類型相比具有一些其他微妙優(yōu)勢(shì)。首先，降壓或升壓電壓最初可以通過(guò)初級(jí)線圈的匝數(shù)與次級(jí)線圈的匝數(shù)比來(lái)設(shè)定，然后通過(guò)調(diào)整脈沖寬度的占空比，可以巧妙地調(diào)整輸出電壓（與所有開關(guān)穩(wěn)壓器一樣）調(diào)制（PWM）集成在開關(guān)控制器中。其次，反激式穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以輕松實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出。第三，不需要其他開關(guān)拓?fù)渌璧妮敵鲭姼?，這可能是一個(gè)棘手的設(shè)備（參見TechZone文章“電感器在完成基于功率模塊的解決方案中的作用”）。

反激式設(shè)計(jì)有一些權(quán)衡。首先是高輸出紋波電流和電壓的問(wèn)題。這可以通過(guò)用作濾波器的附加外部組件在一定程度上減輕，但是設(shè)計(jì)這樣的濾波器電路是具有挑戰(zhàn)性且耗時(shí)的。其次，可能是最嚴(yán)格的缺點(diǎn)是反激式穩(wěn)壓器的功率限制。

在運(yùn)行中，反激式穩(wěn)壓器的變壓器磁芯中的磁通量永遠(yuǎn)不會(huì)反轉(zhuǎn)其極性。這意味著磁芯可能很容易使磁芯飽和 - 這會(huì)影響穩(wěn)壓器的工作 - 除非它對(duì)于給定的功率輸出來(lái)說(shuō)是沉重而笨重的。因此，反激式穩(wěn)壓器傾向于用于相對(duì)低功率的應(yīng)用（通常低于50 W），因此可以使用合理尺寸的變壓器。

應(yīng)該注意的是，輸出側(cè)的高壓并不是需要隔離電源的唯一原因。隔離提供良好的抗噪能力這一事實(shí)使反激式設(shè)計(jì)成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇，例如，為僅需要低電壓的RS-485和RS-232等通信接口供電，同時(shí)也受益于噪聲 - 所有變壓器

雖然對(duì)于有能力的工程師來(lái)說(shuō)從頭開始設(shè)計(jì)反激式穩(wěn)壓器是完全可行的，但將電源基于a來(lái)自一家主要半導(dǎo)體供應(yīng)商的開關(guān)穩(wěn)壓器模塊。這些模塊通常是完全集成的芯片，只需幾個(gè)額外的外部元件即可實(shí)現(xiàn)高性能反激式設(shè)計(jì)。

德州儀器（TI）的TPS55010就是這類產(chǎn)品的一個(gè)很好的例子。該芯片旨在為PLC，數(shù)據(jù)采集和測(cè)量設(shè)備提供隔離電源。開關(guān)頻率可在100至2,000 kHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

TI表示，使用相同的外部變壓器，TPS55010可通過(guò)調(diào)節(jié)初級(jí)側(cè)電壓為不同的輸入和輸出電壓組合提供解決方案。

簡(jiǎn)化原理圖如圖2所示。

圖2：使用TPS55010的反激式穩(wěn)壓器電路的簡(jiǎn)化原理圖。

凌力爾特還提供專為隔離式反激拓?fù)湓O(shè)計(jì)的單片開關(guān)穩(wěn)壓器。 LT3573將NPN電源開關(guān)與所有控制邏輯集成在一個(gè)16引腳MSOP封裝中。該芯片采用3至40 V的輸入電源供電，無(wú)需外部電源設(shè)備即可提供高達(dá)7 W的輸出功率。圖3顯示了芯片的效率曲線，輸入電壓為24 V，輸出電壓為5 V，輸出電流為800 mA時(shí)峰值為78％。

圖3：凌力爾特公司的LT3573配置為5 V輸出反激式穩(wěn)壓器的效率曲線。

從圖2中的反激式穩(wěn)壓器原理圖可以看出，變壓器是一個(gè)外部元件，因?yàn)樗@然）太大而且太大而無(wú)法集成到芯片中。這可能被視為一種不便，但不僅僅是傳統(tǒng)降壓/升壓穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中對(duì)電感器的要求（除了在電感器集成到模塊中的少數(shù)情況之外，請(qǐng)參閱TechZone文章“Design Trade-將電感器集成到功率模塊中“”。

事實(shí)證明，變壓器是反激式設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部件，需要滿足許多關(guān)鍵性能特性，以確保穩(wěn)壓器的良好性能

首先，變壓器需要具有足夠的電感，以便在寬負(fù)載范圍內(nèi)以連續(xù)導(dǎo)通模式工作。此外，高電感變壓器將抑制紋波電流，否則會(huì)影響初級(jí)和次級(jí)電路。

其次，變壓器應(yīng)盡可能緊湊，同時(shí)仍滿足其他性能標(biāo)準(zhǔn)。較小的變壓器使用較少的鐵氧體材料，成本較低，并且占用較少的電路板空間。

第三，經(jīng)驗(yàn)法則是應(yīng)限制變壓器的功耗（磁芯和繞組損耗）不到總功率的百分之三。設(shè)計(jì)人員應(yīng)使用包含多股細(xì)線的銅繞組 - 其直徑不大于開關(guān)頻率下銅的集膚效應(yīng)深度的兩倍 - 以最大限度地減少繞組損耗。

構(gòu)建變壓器的替代方案是考慮WürthElectronics等制造商提供的眾多現(xiàn)成器件之一，可提供單正或雙正負(fù)輸出電壓（圖4）。

圖4：WürthElectronics公司生產(chǎn)一系列適用于反激式穩(wěn)壓器的變壓器。

希望試驗(yàn)反激式穩(wěn)壓器的工程師可以獲得允許測(cè)試原型設(shè)計(jì)的評(píng)估套件。例如，TI的美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)品包括基于該公司LM5020開關(guān)控制器的反激式穩(wěn)壓器評(píng)估套件LM5020EVAL。

總之，反激式穩(wěn)壓器是需要的設(shè)計(jì)技術(shù)的理想選擇。開關(guān)降壓/升壓DC/DC穩(wěn)壓器，可通過(guò)隔離處理高壓，確保安全運(yùn)行。反激式穩(wěn)壓器最適合相對(duì)較低的功率運(yùn)行（低于50 W），需要仔細(xì)設(shè)計(jì)/選擇輸出變壓器，以降低成本，限制產(chǎn)品尺寸，并抑制輸出電壓和電流紋波。