ZHCAB40A October 2020 – July 2022 LMR36520

2 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器器件運(yùn)行

圖 2-1 通用 Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器電路圖

簡(jiǎn)單來說，Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器是一款使用耦合電感器和隔離式次級(jí)輸出替換電感器的同步降壓轉(zhuǎn)換器。初級(jí)側(cè)輸出端仍舊像典型降壓轉(zhuǎn)換器那樣進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且從輸入端到初級(jí)輸出端的理想傳遞函數(shù)如下：

Equation1.

V_{o u t 1} = \frac{t_{o n}}{t_{o n} + t_{o f f}} \times V_{i n} = D \times V_{i n}

耦合電感器的次級(jí)繞組用作次級(jí)輸出端的源，其最簡(jiǎn)單的形式由一個(gè)整流二極管和一個(gè)輸出電容器組成?？稍诖渭?jí)輸出端添加更多組件來優(yōu)化其性能。更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 Topic Link Label3。將整流二極管和次級(jí)輸出電容器相結(jié)合，可以為次級(jí)負(fù)載提供直流輸出電壓，該電壓通過Equation2 確定：

Equation2.

V_{o u t 2} = (V_{o u t 1} \times \frac{N_{2}}{N_{1}}) - V_{f}

耦合電感器或變壓器可實(shí)現(xiàn)初級(jí)輸出與次級(jí)輸出之間的電氣隔離，即次級(jí)側(cè)相對(duì)于初級(jí)側(cè)懸空。電氣隔離確保用戶能夠受到保護(hù)，不會(huì)因?yàn)槠骷斎攵丝赡艹霈F(xiàn)的危險(xiǎn)高壓而受到傷害。需要注意的是，相對(duì)于隔離接地，次級(jí)輸出電壓可以是正的或負(fù)的，只需更改隔離接地位置即可。如圖 2-2 所示。

圖 2-2 具有反相次級(jí)側(cè)的 Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器

圖 2-3 Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器穩(wěn)態(tài)波形

圖 2-3 顯示了 Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器的典型穩(wěn)態(tài)波形。在導(dǎo)通時(shí)間期間，高側(cè) (HS) MOSFET 處于導(dǎo)通狀態(tài)，就好像短路一樣。這意味著，SW 節(jié)點(diǎn)電壓等于輸入電壓，而耦合電感器初級(jí)側(cè)的電壓 V_L = V_IN - V_OUT。這是降壓轉(zhuǎn)換器，即 V_IN > V_OUT，因此 V_L 在導(dǎo)通期間為正。次級(jí)繞組上的感應(yīng)電壓為：

Equation3.

V_{L 2} = V_{L 1} \times (\frac{N_{2}}{N_{1}})

按照點(diǎn)規(guī)定，次級(jí)繞組同名端的電壓為正，因?yàn)殡娏鲿?huì)流進(jìn)初級(jí)繞組的同名端。這意味著，整流二極管反向偏置，因?yàn)槠潢?yáng)極上的電壓相對(duì)于隔離地為負(fù)，而電流會(huì)通過輸出電容器施加于次級(jí)負(fù)載。導(dǎo)通期間該二極管上的反向偏置電壓可通過以下公式計(jì)算得出：

Equation4.

V_{D} = V_{o u t 2} + (\frac{N_{2}}{N_{1}}) \times (V_{i n} - V_{o u t 1})

在關(guān)斷期間，由于 LS 或低側(cè) MOSFET 導(dǎo)通，SW 節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)被拉低至 GND 電勢(shì)。得到的初級(jí)繞組電壓為：

Equation5.

V_{L 1} = - V_{o u t 1}

按照導(dǎo)通期間相同的步驟，次級(jí)繞組同名端上的感應(yīng)電壓現(xiàn)在為負(fù)，這會(huì)導(dǎo)致整流二極管正向偏置。次級(jí)繞組現(xiàn)在用作電流源，因?yàn)樗鼘⒛芰繌某跫?jí)側(cè)傳遞到次級(jí)負(fù)載。與正常降壓操作中發(fā)生的情況類似，此電流的直流部分會(huì)提供給次級(jí)負(fù)載，而該電流的交流部分會(huì)給次級(jí)輸出電容器充電。