本期內(nèi)容

常見(jiàn)的小功率隔離電源大多采用傳統(tǒng)的反激或正激電路，而隔離電源方案里還有一種隔離 Buck 的電路拓?fù)?，在體積和成本上有很大優(yōu)勢(shì)。

今天，MPS 工程師手把手教你構(gòu)建隔離Buck電路！前方高能干貨來(lái)襲

在新能源、工業(yè)、通信設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)景中，通常需要對(duì)輸入和輸出回路、或者對(duì)噪聲敏感的接地回路進(jìn)行隔離，如隔離式 RS232、RS485 通信、CAN 收發(fā)器，隔離式放大器、傳感器等。這樣可以避免噪聲干擾、器件的 ESD 損壞，同時(shí)也可以保證對(duì)設(shè)備帶電操作人員的安全。

常見(jiàn)的小功率隔離輔助電源大多采用反激 Flyback 或正激 Forward 電路（見(jiàn)圖1）。

傳統(tǒng)反激電路原邊反饋的方式，需要多出一個(gè)輔助繞組；若采用副邊反饋的方式，還需光耦和 TL431 來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；傳統(tǒng)正激電路需要輔助繞組實(shí)現(xiàn)磁芯復(fù)位，次級(jí)需要濾波電感和兩個(gè)整流二極管。

圖1

隔離電源方案除了傳統(tǒng)的反激和正激之外，還有一種隔離 Buck 的電路拓?fù)洹?/p>

它將反激與 Buck 小尺寸的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)將傳統(tǒng) Buck 拓?fù)渲械碾姼袚Q成帶有二次繞組的耦合電感，增加功率二極管和濾波電容演變而來(lái)（如圖2），其反饋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)需輔助繞組，在體積和成本上有很大優(yōu)勢(shì)。

圖2

那隔離 Buck 電路具體是怎么工作的呢？下面我們對(duì)兩種工況下的工作狀態(tài)進(jìn)行分析：

首先，當(dāng)輸出 Vo1 為重載，Vo2 為輕載時(shí)，上管 Q1 導(dǎo)通期間，下管 Q2 和次級(jí)的整流二極管截止，此時(shí)原邊電感只有原邊勵(lì)磁電流 IM 流過(guò)，原邊電感電流 IL=IM（如圖3）。

圖3

上管 Q1 截止時(shí)，下管 Q2 和次級(jí)的整流二極管導(dǎo)通，次級(jí)電流 IL2 反射到初級(jí)繞組的電流為 IL21，IL21 為負(fù)方向。公式如下：

IL21/IL2=N2/N1

IL21=IL2*(N2/N1)

流過(guò)電感的原邊電流 IL1是正向勵(lì)磁電流 IM與負(fù)向 IL21電流的和：

IL1=IM+IL21

由于 Vo1為重載，Vo2輕載，IM大于 IL21，原邊電感電流 IL1方向?yàn)檎颍ㄈ鐖D4）。

圖4

而當(dāng) Vo1為輕載，Vo2為重載時(shí)，Q1 導(dǎo)通時(shí)工作模式和之前所介紹的相同。

這里重點(diǎn)介紹下 Q2 導(dǎo)通時(shí)的工作原理：由于 Vo2 為重載，IL2 反射到初級(jí)繞組的電流 IL21會(huì)逐漸大于勵(lì)磁電感電流 IM，原邊電感電流 IL1=IM+IL21則逐漸由正變負(fù)，電感電流反向，如圖5。

圖5

所以 Q2 在這種工況下不能采用二極管。因此若采用 Buck 芯片來(lái)構(gòu)建隔離 Buck 電路時(shí)，需要選擇工作在 FCCM 的同步 Buck 芯片。

這里跟大家推薦一款 MPS 的新產(chǎn)品MP4582，它支持 4.5V-100V 輸入電壓范圍，具有高達(dá) 2A 的輸出電流能力，內(nèi)部還集成了補(bǔ)償電路。靜態(tài)電流低至 7μA，內(nèi)部集成低 Rds(on) (150m/80mohm) MOSFETs，全負(fù)載范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高效率工作。

重點(diǎn)來(lái)了，MP4582輕載時(shí)可配置為 PSM 或者 FCCM，非常適合新能源場(chǎng)合的隔離 Buck 應(yīng)用。

接下來(lái)，我們來(lái)對(duì)輸入輸出電壓關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)。

如圖6，根據(jù)耦合電感初級(jí)側(cè)進(jìn)行伏秒平衡分析可得，初級(jí)側(cè)電感在 Q1 導(dǎo)通時(shí)，電感兩端電壓為 Vin-Vo1, 初級(jí)側(cè)電感在 Q1 截至?xí)r兩端的電壓為 Vo1，

圖6

因此可得到

換算

可得

又因?yàn)?/p>

所以最終求得

推導(dǎo)完成！工程師朋友們，如果您也有這樣的需求，趕緊嘗試用MP4582來(lái)構(gòu)建隔離 Buck 的電路吧！