图解正激和Buck AC/DC转换
mouser 2021-09-22

所谓正激式

正激方式是构造较简单,容易控制,非常普遍的方式之一。

其特征是输出功率比反激方式大,但必须加装电感和续流二极管(转流二极管:D2)。此外,和反激式相同,能利用光耦合器隔离二次侧的反馈,形成绝缘电源。

“图图 21:正激方式
“图22”图22

工作模式如下。MOSFET为ON时,二极管D1为ON,经由电感供给电流至负载端。MOSFET为OFF时,蓄积在电感的电能经由二极管D2供给电流至负载端。各部的波形如图23所示。

“图23:正激方式图23:正激方式 各部的波形

正激方式只会单向激磁变压器,在晶体管为OFF时,必须释放(复位)蓄积在变压器的电能。也因此必须装上复位(缓冲)电路(图21中位于变压器一次侧的RCD)。复位电路一般是由电阻/电容器/二极管组成,但基本上仍会损耗电能,因此变压器的利用效率也不算高。

而在启动复位后,会施加DC输入电压1.5~2倍的电压至开关用晶体管上(图22的Vp和Vds的波形的VR)。最近能量,损耗和Vds。该电压经由缓冲的电阻和电容器转换。最近,开始结合主动箝位电路,通过再生必须复位的电能,减轻损耗和Vds。

“图图 24

此外,降压时因一次侧电流少,停留在线圈的电能也没那么大,只是一但用在升压上,一次侧的电流就会变大,停留在线圈的能量将是电流的二倍,而因为复位电路所损耗的电能也会跟着变大。因此,本电路虽然可以用在降压上,但却几乎不会用来升压。

AC/DC转换主要采用开关方式。虽然能够使用变压器方式,但和反激方式一样,限用于必须绝缘等时候。

关键要点:

・较反激式复杂,但二次侧和二极管整流(异步)的DC/DC原理相同。

・缓冲电路常出现在电源设计上,推荐利用本节先了解其原理。

所谓Buck(降压、非绝缘)方式

Buck是降压的意思。Buck转换器是利用二极管整流的降压转换器,代表性用途为用在非绝缘降压开关的DC/DC转换器上。DC/DC转换的世界上常称作二极管整流式和异步式等。和先前提到的正激方式相比,由于未使用变压器,一次侧和二次侧并未绝缘。不需绝缘时,以不使用变压器的本方式最为简单。Buck方式不必设定变压器调整电压,只要利用MOSFET控制,就可以决定输出电压。因此,未必会需要来自于二次侧的反馈。(省略图)。

“图图 25:Buck方式(连续模式时)
“图图 26

Buck方式的特征是电路构造简单。此外,组成小功率的电源电路时,成本也比反激式更有竞争力。因此,常使用在家电产品的微控制器用电源上。但是由于不必通过变压器,流向开关元件的电流比采用反激方式的同等输出功率还大,只适用于小功率输出,而无法用于大功率输出上。

“图27:Buck方式各部的波形”图27:Buck方式各部的波形

模式几乎和正激方式相同。只是去掉正激方式的变压器,将D1换成MOSFET。MOSFET为ON时,电流经过电感流向负载端,同时电感也蓄积电能。此时,二极管为OFF。MOSFET为OFF时,蓄积在电感的电能经由二极管D2供给至负载端。和正激转换器的D1相同,开启或关闭MOSFET。

“图图 28

AC/DC转换中,开关方式限用于非绝缘电源。对于变压器方式而言,可说是最容易使用开关DC/DC转换器。变压器的方式虽然部件数量比线性稳压器多,成本也比较高,但能承接变压器方式,进而提升效率。不过,自AC输入的效率,仍不及于采用开关方式的AC/DC转换构造。

关键要点:

・除了未加装变压器外,其余都和正激式相同,为非绝缘DC/DC的基本型。

总结

本稿,针对AC/DC转换的基础,说明有关下述项目。

“”

作为基础,应该要理解的基础要点如下。

・AC/DC转换有变压器方式和开关方式。
・AC/DC转换时,会先整流/平滑AC后再转换成DC。
・变压器方式时,能直接使用已经平滑化的DC,但如果要求精度和稳定度,将经由DC/DC转换,以转换成想要的DC电压。
・开关方式时,会在AC达峰值电压时转换成DC,因此必须使用高耐压部件。
・开关方式时,在转换成整流/平滑后的DC上,除了输入为高电压的特例外,和普通开关式DC/DC转换相同。
・设计AC/DC转换电路时,会同时设计变压器。
・板载设计时,使用AC/DC电源用IC优点很多。
・要处理高电压,必须确实执行保护和安全等对策。

在实际进行设计时,如何选择AC/DC转换用的电源IC、如何使用该IC等,是最为基本的方法。一开始设计时,最重要的就是确实理解和DC/DC转换有哪些不同的地方。 

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