本文屬于德州儀器“電源設計小貼士”系列技術文章，將聚焦于反激式轉換器設計，主要討論 53VDC 至 12V/5A連續導通模式 (CCM) 反激式轉換器的一些關鍵設計注意事項。 

反激式轉換器有諸多優點，例如，它是成本超低的隔離式電源轉換器，能夠輕松提供多種輸出電壓，并且它是簡單的初級側控制器，功率輸出高達 300W。反激式轉換器廣泛用于從電視到手機充電器等許多離線應用，以及電信和工業應用。它們的基本操作可能會讓人望而生畏，設計選擇也很多，尤其是對于那些從未進行過設計的人而言。我們來看看 53VDC 至 12V/5A 連續導通模式 (CCM) 反激式轉換器的一些關鍵設計注意事項。

圖 1 展示了工作頻率為 250kHz 的 60W 反激式轉換器的詳細原理圖。當 FET Q2 導通時，輸入電壓施加在變壓器的初級繞組上。此時，繞組中的電流會逐漸增大，從而將能量儲存在變壓器中。由于輸出整流器 D1 反向偏置，流向輸出端的電流被阻斷。當 Q2 關斷時，初級電流中斷，迫使繞組的電壓極性反轉。此時電流從次級繞組流出，使繞組電壓極性反轉，且點電壓為正。D1 導通，向輸出負載輸送電流并對輸出電容器充電。

圖 1. 60W CCM 反激式轉換器原理圖

可以添加額外的變壓器繞組，甚至將其堆疊在其他繞組上，以獲得額外的輸出。但是，添加的輸出越多，穩壓效果就越差。這是因為繞組與磁芯之間的磁通鏈（耦合）不理想，并且繞組之間存在物理分離，因此會產生漏電感。漏電感充當與初級繞組和輸出繞組串聯的雜散電感。這會在繞組串聯處產生意外壓降，從而導致降低輸出電壓調節精度。一般經驗法則是，在交叉負載情況下，使用繞線正確的變壓器，非穩壓輸出會有 +/-5% 至 10% 的變化。此外，通過峰值檢測漏電引起的電壓尖峰，重負載穩壓輸出會導致空載次級輸出電壓大幅升高。在這種情況下，預載或軟鉗位有助于限制電壓。

連續導通模式 (CCM) 和不連續導通模式 (DCM) 運行各有優點。根據定義，當輸出整流器電流在下一個周期開始前降至 0A 時，就會在 DCM 下運行。DCM 運行的優點包括：初級電感較低，通常可減小電源變壓器的體積；消除整流器的反向恢復損耗和 FET 導通損耗；無右半平面零點。然而，與 CCM 相比，初級和次級的峰值電流更高，輸入和輸出電容增大，電磁干擾 (EMI) 增加，輕負載時的占空比降低，從而抵消了這些優點。

圖 2. CCM 和 DCM 反激式 FET 及整流器電流的比較

圖 2 說明了 Q2 和 D1 中的電流在最小 VIN 時的變化情況，以及 CCM 和 DCM 中的負載從最大值降至約 25%。在 CCM 下，當輸入電壓固定且負載處于最大和最小設計電平（約 25%）之間時，占空比保持不變。電流“基底”電平會隨著負載的減少而降低，直至達到 DCM，此時占空比會降低。在 DCM 下，僅在最小 VIN 和最大負載時才會出現最大占空比。占空比會隨著輸入電壓的升高或負載的減少而降低。

會使高壓線路和最小負載時的占空比很小，因此請確保您的控制器可以在此最短導通時間內正常運行。整流器電流達到 0A 后，當占空比低于 50% 時，DCM 運行會引入死區時間。其特點是在 FET 漏極上產生正弦電壓，并由剩余電流、寄生電容和漏電感設定，但通常是良性的。對于此設計，選擇 CCM 運行是因為通過減少開關和變壓器損耗可實現更高的效率。

這種設計使用初級基準 14V 偏置繞組，在 12V 輸出達到穩壓后為控制器供電，與直接從輸入供電相比，減少了損耗。我選擇了一個兩級輸出濾波器，以實現低紋波電壓。第一級陶瓷電容器可處理來自 D1 中脈動電流的高均方根電流。其紋波電壓通過濾波器 L1 和 C9/C10 得到降低，使紋波降低了約 10 倍，同時降低了 C9/C10 中的均方根電流。如果可接受較高的輸出紋波電壓，則無需使用電感器-電容器濾波器，但輸出電容器必須能夠處理全部均方根電流。 

UCC3809-1 或 UCC3809-2 可直接與 U2 光耦合器連接，用于隔離型應用。在非隔離式設計中，可以省去 U2 和 U3 以及直接連接到控制器的電壓反饋電阻分壓器，例如帶有內部誤差放大器的 UCC3813-x 系列。

Q2 和 D1 上的開關電壓會在變壓器繞組間和元件寄生電容中產生高頻共模電流。如果 EMI 電容器 C12 不提供返回路徑，這些電流就會流入輸入和/或輸出端，從而增加噪聲或可能導致運行不穩定。

Q3/R19/C18/R17 的組合通過將振蕩器的電壓斜坡加總到 R18 的初級電流檢測電壓（用于電流模式控制）來提供斜率補償。斜率補償可消除次諧波振蕩，次諧波振蕩的特點是寬占空比脈沖之后出現窄占空比脈沖。由于該轉換器設計的運行占空比不超過 50%，因此我增加了斜率補償，以降低開關抖動敏感性。但是，過大的電壓斜率會將控制環路推向電壓模式控制，并可能導致不穩定。最后，光耦合器從次級側傳輸誤差信號，以保持輸出電壓穩定。反饋 (FB) 信號包含電流斜坡、斜率補償、輸出誤差信號和直流失調電壓，用于降低過流閾值。

圖 3 展示了 Q2 和 D1 的電壓波形，其中展示了一些漏電感和二極管反向恢復引起的振鈴。

圖 3. FET 和整流器振鈴由鉗位和緩沖器限制 (57VIN，12V/5A)

對于需要低成本隔離式轉換器的應用，反激式器件可視為標配。本設計示例介紹了 CCM 反激式設計的基本設計注意事項。

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