应用COT 与Flybuck 技术的低成本小功率辅助电源解决方案 - 德州仪器.PDF

Application Report ZHCA619 – October 2014 应用 COT 与FlybuckTM 技术的低成本小功率辅助电源解决方案 China Power Reference Design Team 摘要 在工业控制应用场合，往往需要隔离输入和输出信号以保护精密的控制元器件免受 ESD 或 不同地间的电位差所造成的损坏，有时还需要加一组辅助隔离电源供给这些被隔离的信号。 在满足输入输入的条件下，辅助隔离电源往往被要求简单和稳定，这与复杂而干扰众多的 工业环境相契合的。 传统的小功率辅助隔离辅助电源大多采用的是 Flyback 或 Forward 拓扑，但与TI 专利技术 FlybuckTM 相比, Flyback 多出一个辅助绕组，如果不是原边反馈的控制方式，还需另外多出 一个光耦；而 Forward 拓扑除了多个辅助绕组，其次级多出滤波电感和两个整流二极管。 同时为让电源处于良好的工作状态，一般需要对电源的补偿环路做精心设计，但如果采用 恒定时间导通技术(COT), 甚至不需要相应的环路设计即可让电路处于良好的工作状态。 TI 的电源器件LM501x, LM2501x 系列是采用COT 控制方式的同步BUCK 转换器。非常适 用于小体积，低成本小功率的辅助电源应用场合。而 TI 也提供相应的参考设计 PMP4394 和 PMP4412~PMP4415，它们采用兼容工业标准的引脚和封装的设计，与业界同样规格的 辅助电源模块相比，具有很高的效率，很小的输出电压纹波，优良的线性和负载调整率。 本文着重介绍辅助电源所采用的相关技术（FlybuckTM 和COT ）的原理和关键电路的设计方 法，方便相关产品设计的读者理解对应TI 电源器件的应用。 Contents 1 Flybuck 拓扑 2 2 FlybuckTM 隔离变压器的设计 3 3 COT 简介4 4 纹波发生电路设计 5 5 总结 9 6 References 9 Figures 图1 Flybuck 拓扑结构(Source: AN-2292) 2 图2 开关过程电流分析 2 图3 FlybuckTM 电流电压波形 3 图4 On-Time 定时器4 图5 纹波比较驱动原理 5 图6 基本应用电路 5 图7 输出纹波组成 5 图8 Multi-Pulse 6 1 ZHCA619 图9 输出纹波改善方案二 6 图9 纹波注入电路 7 图10 纹波注入电路的电压波形 7 图11 纹波注入电路的交流等效电路 8 图12 不同Cac 取值的瞬态响应 9 1 Flybuck 拓扑 Flybuck (隔离buck 拓扑) 利用同步的BUCK 转换器和耦合的绕组来获得隔离的输出，相比Flyback 拓扑， 在同样的输入输出条件下其变压器可以做的更小；而且因为次级输出电压与原边输出电压紧密跟随，所 以也不需要光耦和辅助绕组以控制输出电压。因此，采用Flybuck 拓扑的电源具有更小的体积和更低的 成本。 图1 Flybuck 拓扑结构(Source: AN-2292) Flybuck