具有超宽输入电压范围小功率反激式设计

在工业应用和工厂自动化领域存在多种多样的电源电压。一般您会发现24伏交流（VAC）电压、24伏直流（VDC）电压、110VAC电压、230VAC电压，有时也会发现介于它们之间的电压。由于成本原因，电子设备制造商通常不愿意为每种输入电压开发不同的电源。所以，让我们来看看如何设计一种具有超宽输入电压范围（19至265VAC和19至375VDC）的小功率（在500mW的范围内）反激式转换器。

该小功率反激式参考设计（笔者将把它用作本博客中的一个示例）需要具备两路输出。一个输出轨提供微控制器与模拟电路（电流为15mA时电压为5.0V）；另一个输出轨则在电流为40mA时提供12.0V的电压以控制继电器。因为输入和两路输出需要2.5kV的隔离电压，所以笔者首先想到了结构简单、广为人知的反激式转换器。

图1展示了这种转换器 —— 包括输入滤波器、整流器、启动电路以及次级侧上的控制器线性稳压器。 

 

图1：反激式转换器方框图

宽输入电压范围不仅对控制器来说是个挑战，对该变压器的设计而言也是一大难题。对于小功率应用，反激式转换器经过设计要能在非连续导通模式（DCCM）下工作，以便实现小的解决方案尺寸，因为耦合电感器的电感也比较小。这种运行模式下的峰值电流比连续导通模式（CCM）下的峰值电流大 —— 但它们仍然相对较小，原因是功率很小。对于较大功率的应用，反激式转换器则通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是适合该反激式设计的模式，输出功率大约为500mW。

为避免在输入电压的上限范围内出现大的开关损耗，开关频率应相对较低。在该设计中，它被设置为130kHz，以便让基波低于电磁干扰（EMI）测量的下限150kHz。如果假定该转换器只在DCCM模式下工作，那么占空比在这样一个范围内：从70％直到4％（匝数比为3.58：1,750μH的初级电感）。为了减少组件应力，您应该通过让匝数比保持不变并将初级电感变为4mH来增加最小占空比。现在，对于低输入电压，该转换器在CCM模式下运行；对于高输入电压，该转换器则在DCCM模式下运行。

 

图2：具有超宽输入电压范围的小功率反激式TI Designs参考设计