1.前言

對于功率小于 10W 的偏置電源，設(shè)計時最大的考慮是其效率和成本。在這篇文章中，我將比較兩種控制方案——初級側(cè)調(diào)節(jié) (PSR) 和次級側(cè)調(diào)節(jié) (SSR)——并就如何獲得更高效和更具成本競爭力的設(shè)計提供一些建議。

圖 1 所示的經(jīng)典反激式拓撲仍然是功率低于 10W 的最流行的拓撲，不僅因為它的少量外部組件可以幫助我們獲得極具競爭力的物料清單 (BOM) 成本，還因為反激式拓撲可以輕松實現(xiàn)多路輸出，這是偏置電源設(shè)計的關(guān)鍵規(guī)范。

圖 1：經(jīng)典反激式拓撲

2.二次側(cè)調(diào)節(jié)

圖 2 顯示了一個典型的 SSR 控制框圖。為了穩(wěn)定輸出電壓，需要輸出電壓的反饋。為安全起見，隔離電源需要非電流反饋；輸出必須與交流輸入電隔離。傳統(tǒng)上，光耦合器晶體管提供這種隔離。與經(jīng)典的反激式拓撲相比，主要區(qū)別在于增加了一個光耦合器（例如 TI TL431）以及多個電阻器和電容器，以構(gòu)成反饋回路和誤差放大器補償電路。

圖 2：具有單輸出的典型 SSR 反激式框圖

借助光耦合器反饋，可以選擇要調(diào)節(jié)哪個輸出，或者通過從每個輸出連接一個檢測鏈來權(quán)衡每個輸出對環(huán)路需求的影響，如圖 3 所示。因此我們可以輕松地在 ±1 范圍內(nèi)實現(xiàn)負載調(diào)節(jié)% 如果你使用了 SSR 控制法則。

圖 3：具有多個輸出的 SSR 框圖

3.初級側(cè)調(diào)節(jié)

與 SSR 拓撲相比，PSR 控制方法省去了光耦合器和補償元件（如圖 4 所示）。變壓器中的磁場提供反饋。雖然電阻器和電容器相當便宜（但誤差放大器和光耦合器的成本也不是微不足道的），但這種方法確實節(jié)省了成本和印刷電路板 (PCB) 面積。光耦合器的老化特性會降低設(shè)計的可靠性，因此更少的組件可以增加平均無故障時間 (MTBF)。

另一方面，PSR 控制器通常是內(nèi)部補償?shù)?，這可以節(jié)省控制回路設(shè)計的時間和精力。對于具有高浪涌或隔離電壓要求的應(yīng)用，減少穿過隔離柵的組件數(shù)量可減少可能發(fā)生故障的區(qū)域數(shù)量。

對于 PSR 控制器的交叉調(diào)節(jié)，負載最重的輸出設(shè)置回路需求。如果負載較輕，其他輸出可能調(diào)節(jié)不佳。并且由于大多數(shù) PSR 控制器使用“拐點采樣”進行反饋，因此控制器僅在不連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下運行。輸出電壓紋波將高于連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)。

圖 4：具有單輸出的 PSR 框圖

表 1 比較了 PSR 和 SSR 控制律之間的一些關(guān)鍵特征。

表 1：PSR 和 SSR 控制關(guān)鍵特性的快速比較

4.新的參考設(shè)計

具有隔離式多輸入的通用輸入、10W、高效、低成本電源參考設(shè)計專為電器偏置電源而設(shè)計，使用 TI 的 UCC28911 控制器在恒定電壓 (CV) 和恒定電流 (CC) 反激模式下運行。該高壓開關(guān)集成了一個高壓功率 FET 和一個使用 PSR 的控制器，通過變壓器偏置繞組支持磁感應(yīng)輸出電壓調(diào)節(jié)。該感應(yīng)消除了對用于輸出電壓調(diào)節(jié)的次級側(cè)基準、誤差放大器和光隔離器的需求。磁采樣方案僅允許在 DCM 下運行，因此如果器件未感應(yīng)到過零檢測器 (ZCD) 事件，例如當輔助繞組電壓在變壓器退磁完成。調(diào)制器調(diào)整不同負載區(qū)域中的頻率和峰值電流，以最大限度地提高整個工作范圍內(nèi)的效率?？刂七壿嫻暮透邏弘娏髟吹闹悄芄芾?，用于在運行期間關(guān)閉并具有非常低的泄漏電流的啟動，允許我們設(shè)計具有非常低的待機輸入功率的轉(zhuǎn)換器。

該參考設(shè)計的主要亮點是：

· 在 10% 負載下超過 75% 的低負載效率

· 90V 輸入下的待機功率低于 30mW

· 谷底開關(guān)和頻率抖動以簡化 EMI 合規(guī)性

圖 5 和圖 6 分別顯示了簡單的示意圖和效率曲線。

圖 5：基于 UCC28911 的多輸出反激式轉(zhuǎn)換器

圖 6：230V AC和 115V AC輸入時的效率曲線

5.概括

反激式轉(zhuǎn)換器是低功率隔離電源最流行的拓撲結(jié)構(gòu)。雖然易于以低成本實現(xiàn)多路輸出，但這種拓撲仍然存在變壓器利用率差和交流電阻損耗高的問題。

如果想要獲得良好的瞬態(tài)響應(yīng)性能，并且需要高精度的輸出，SSR 控制拓撲更適合。如果設(shè)計對成本和待機功耗非常敏感，請選擇 PSR 控制器。