关于MPS中小功率隔离型开关电源设计分析和介绍

DCDC型隔离电源拓扑有多少种？

正激变换器 (Forward Converter)

优点：

副边电流连续，电流峰值小，变压器铜损小，温升低，铁芯小

原边电流峰值小，主管器件电流额定值相对较低

输出电流连续，电容电流纹波电流小，电容设计相对容易

输出侧有电感，所以输出电压脉动小

缺点：

器件相对较多，价格相对较贵

一般工作在CCM，对于开环工作系统，输出接假负载，保证轻载时也工作在电流连续状态

反激变换器 (Flyback Converter)

优点：

价格便宜，电路简单（只有一个变压器，且输出没有电感和续流二极管）

缺点：

输出纹波大，损耗大，效率低，通常用于低功率场合：P<150W

反激变换器中通常加入气隙，以防止变压器饱和（加入气隙后，磁化曲线变平，传递更多能量）

半桥变换器 (Half-Bridge Converter)

优点：

Mos体二极管可以将开关管集射极电压箍位在输入电压，所以无需额外复位绕组和吸收电路

输出电压纹波频率为开关频率的两倍，所以输出滤波电感和电容可以取得较小

半桥变换器的两电容与倍压整流115V/230V应用相一致，方便配套使用

变压器磁通正负交变，利用率高

缺点：

结构较为复杂，电流加倍（输入电压为VI/2）

晶体管之耐压为输入电压，通常用于高输入电压场合

推挽变换器 (Push-Pull Converter)

优点：

两个功率管的驱动电路具有相同的公共端，因此，在驱动电路较为简单

双管没有桥式电路的驱动直通问题

缺点：

功率管所需承受之电流要比半桥式小一半，不过耐压却要承受两倍之输入电压方可，适合应用在较大输入电流、较低输入电压的场合。

全桥变换器 (Full-Bridge Converter)

优点：

变压器原边仅一个绕组，变压器可以工作在正负两个方向，铁芯利用率较高，且有较高之效率

D1/D2/D3/D4可以将开关管集射极电压箍位在输入电压，所以无需额外复位绕组和吸收电路

输出电压纹波频率为开关频率两倍，输出滤波电感电容可取较小

全桥式变换器的功率晶体管，其所须承受之电压与电流都比其它变换器小，因此，非常适合应用在大功率输出之装置

缺点：

由于功率器件多，而且驱动电路会相对复杂，在价格上就会贵些

五种基本拓扑及其衍生结构是目前主流隔离型DCDC开关电源方案，MPS在反激型和半桥谐振型电路驱动方案上有较丰富的产品供选择。

这里针对反激型（Flyback）电路的设计要点进行概述，使你飞速进阶，可独立进行反激开关电源的设计：

反激式拓扑基本特点：   

此拓扑中初级侧开关管和次级整流管承受最高应力（电压和电流）

反激式变换器对于小于150W的应用是最常用的变换拓扑（如图1）

图1：典型Flyback电路构造

图2：简化型Flyback结构

基本特性包括（参考图2）  

由变压器T，开关管Q，二极管D和滤波电容C组成

Ton时: D截止，电感储能

Toff时: D导通

能量不能突变，磁通不能突变

工作原理：  

1

功率管导通时，仅初级绕组处于激活状态，变压器为一简单串联电感器，初级线圈之变化率，则可表示为：

初级绕组电流会线性增加，此时在铁芯中之磁通密度会从剩磁增加至工作峰值。

2功率管截止时，初级绕组电流降为零，由于安匝（磁通密度）不能突变，变压器绕组极性变化，副边二极管导通，反馈能量。

次级线圈之变化率，则可表示为：

次级圈电流由最大值变至零，此时在铁芯中之磁通密度会从工作峰值降至剩磁。

3对于反激式变换器，在一个周期内，可以自动完成磁复位。

设计中的常用参量设计：   

1 VOR的选择

VOR – 反射的输出电压 在开关管关断期间，输出电压会呈现在次级绕组两端。通过变压器变比，此电压会呈现在初级绕组两端。该电压为输出电压的反射电压。      

VOR较高：初级电流的峰值和RMS值较低 ；可以降低开关管关断时加在次级二极管两端的电压 ；增大开关管关断时加在开关管两端的电压 ；增大了次级侧的峰值电流 ；增大了占空比；

VOR较低：通常适用于多路输出的设计 ；导致次级二极管两端承受的反向电压较高 ；增大初级侧的峰值电流 。

根据方案的不同设计要求，会有软开关和硬开关的设计区别，在开关损耗上会有不同。      

2 初级侧开关损耗

导通损耗

RMS 电流和导通电阻 RDS(ON)

为降低导通损耗，可以降低 RMS 电流或者降低 RDS(ON)

硬开关引起开关损耗

取决于输入电压、 VOR、峰值初级电流、开关频率以及开关速度

为降低开关损耗，可以降低 VOR、开关频率或者增大开关速度

软开关引起的开关损耗相对于硬开关损耗是很小的（如图3）

图3：硬开关、软开关损耗示意