如何改进 Fly-Buck 拓扑中的隔离式输出稳压( 第 1 部分)

　　过去几年，各种工业应用设计人员对 Fly-Buck 拓扑产生了浓厚的兴趣。与更多常见隔离式拓扑相比，Fly-Buck 隔离式拓扑可提供更低成本的替代解决方案。本博客系列共有两篇文章。在第一篇中，我们不仅将简单介绍反激式拓扑的工作原理，而且还将提供一种用于改进隔离式输出稳压的简单设计方案。
　　Fly-Buck 转换器源自一种同步降压转换器，采用耦合电感器或反激式变压器替代输出滤波器电感器。Fly-Buck 拓扑的工作原理在[1] 中进行了详细介绍。尽管 Fly-Buck 拓扑为人们所知已有一段时间，但到了 LM5017 等集成型高电压同步 COT 稳压器推出后，由于无需任何外部补偿，才简化了其使用。现在我们可以看到，这种拓扑已广泛应用于 PoE (33VIN-57VIN)、电信 (48 VIN) 以及其它隔离式偏置应用领域。
　　如图 1 所示，基本 Fly-Buck 转换器可对一次输出进行稳压，而二次隔离式输出可“跟随”稳压后的一次输出。额定二次输出电压的计算公式为：
　　其中，N1/N2 是变压器的匝数比，VF 是二次整流二极管的正向偏置压降。
　　


　　图 1. 支持一次及隔离式输出的 Fly-Buck 转换器
　　二次稳压可受到多种因素影响，其中包括输入输出电压占空比、变压器漏电感、电源传输(关断时间 TOFF 下)过程中电流循环路径的电阻下降，以及二极管正向压降随温度及正向电流 IF 的变化等。与主动控制的一次输出电压相比，所有这些因素可降低二次输出稳压性能。在一些应用中，在线路电压及负载电流范围内对隔离式输出进行稳压，通常要比图 1 所示电路所能实现的严格得多。
　　基于 LM5017 的完整 Fly-Buck 转换器电路如图 2 所示。在该原理图中，用来保持 12V 额定稳压一次电压的 RFB2 的典型值为 8.25k。RFB2 和 RFB1 的典型值可以根据 1.225V 下的 VFB 引脚电压典型值以及相对应的分压器电路 (RFB2//RFB1) 轻松得出。[2] 中给出的应用图能够更详细地说明该计算。
　　


　　图 2. 基于 LM5017 的 Fly-Buck 转换器电路，没有基于光耦合器的稳压电路
　　采用这种配置，一次输出电压得到了极好的稳压，能够达到预期效果，但我们可以观察到二次输出电压因二次负载电流而产生的稳压丧失，如图 3 所示。从图 3 还可以看到，随着线路电压的升高，二次输出电压更加偏离了 5V 的额定二次输出电压。
　　


　　图 3. LM5017 隔离式输出电压稳压
　　要改善该隔离式输出电压的稳压问题，在这里也可使用一个可重复的简单解决方案。该设计包括一直用于许多其它隔离式拓扑的专用反馈补偿电路。用户只需使用一款光耦合器及并联稳压器 LM431A，即可设计可对二次侧进行稳压的简单隔离式补偿电路。我们将在本博客系列的第二篇文章中讨论该补偿电路及效果。