在电力电子领域,电压转换技术至关重要,而返驰转换器作为产生受调节电气隔离电压的良好途径,一直备受关注。它具有电路简单、技术成熟等优点,应用层面相当广泛。不过,返驰式技术在使用上存在诸多限制,其最大传输功率也有一定极限。本文将深入探讨如何运用返驰转换器实现高功率应用设计。
返驰转换器的基本原理与限制
返驰转换器的工作原理基于变压器的能量储存和释放。图一展示了不使用光耦合器(no-opto)的返驰转换器示意简图。在Q1开关的导通期间,电流经过变压器的一次侧,能量储存在变压器的磁芯T1中;在Q1的关断期间,一次侧无电流,二次侧产生电流,先前储存的能量通过二次侧绕组释放出来。
(图注:不使用光耦合器(no-opto)的返驰转换器)
由于变压器能储存的最大能量存在上限,返驰转换器的最大功率也受到限制。虽然特殊变压器可实现超过100W的输出功率,但一般要得到约60W的输出功率,通常采用返驰式设定。
多相返驰转换器的解决方案
为了让返驰式拓扑在更高功率下高效工作,可采用一种巧妙的方法——运用多重通道,使返驰转换器搭配两个甚至更多个变压器一起运作,并将输出功率分摊到所有变压器。市面上有众多变压器产品可供选择,且可以混用。
图二显示了一个2信道返驰转换器电路,它通过特殊控制器集成电路MAX15159来控制。MAX15159是一款2通道返驰转换器,主要搭配相移技术工作,以确保电流通过两个并行电源路径均匀传递。甚至还可以运用两个MAX15159返驰转换器搭配4个变压器来操作一个4相式返驰电路,这样的电路能够使用小型变压器产生超过100W的超高功率。
(图注:MAX15159可以控制多相返驰式电路)
多相返驰转换器不仅推升了最大可能功率的极限,而且具有容易设计的优点。同时,其所产生的传导干扰也相对更低。它类似单相式返驰电路,同样可以在回馈通道中不用到光耦合器即可运作。MAX15159配备了不使用光耦合器的功能,此项技术能评估在关断期间跨越一次侧绕组的输出电压。
多相返驰转换器减少传导干扰的原理
在输入侧,返驰电路的行为类似一个开关模式步降转换器,如同使用降压拓扑的稳压器,都会产生脉冲输入电流。为了尽量减少输入侧的干扰,多相式逆向转换器的个别通道会进行相移以错开时序,也就是在不同时间启动。这样做不仅能改善电磁干扰(EMI)行为,还能减少输入侧电容的尺寸与数量。图三显示了2信道返驰转换器的输入侧电流情况。
(图注:多相式返驰转换器其输入侧经过的电流)
多相返驰转换器的应用优势与可行性
多相式返驰转换器还有一个显著优点,就是它们适合许多应用领域,并且可以通过简单的小型平价变压器来替换大型变压器。在开发电气隔离电源供应器方面,除了在60W以下采用返驰式转换器以及在高于60W采用顺向式转换器的一般解决方案之外,操作多相式返驰转换器在高于60W的情境中具有可行性。类似MAX15159此款控制器集成电路的解决方案提供不含光耦合器技术的产品,不仅不需要用到光耦合器,还能通过相移控制机制将所产生的传导干扰降至最低。
综上所述,多相返驰转换器为高功率应用设计提供了一种创新且可行的解决方案,它在提升功率极限、降低传导干扰等方面表现出色,具有广阔的应用前景。