Fly-Buck电路中隔离输出的稳压设计

在电源设计当中，同一种电路在不同的领域中受欢迎的程度不尽相同。在工业电子领域中，开发者们更加青睐Fly-Buck电路，因为与传统的隔离式电路拓扑相比，这种电路能够将成本最小化，从而提高收益。

在本篇文章当中，将给出一种Fly-Buck拓扑改进隔离式输出稳压的简便方法。

Fly-Buck转换器源自一种同步降压转换器，采用耦合电感器或反激式变压器替代输出滤波器电感器。Fly-Buck拓扑的工作原理在中进行了详细介绍。尽管Fly-Buck拓扑为人们所知已有一段时间，但到了LM5017等集成型高电压同步COT稳压器推出后，由于无需任何外部补偿，才简化了其使用。现在我们可以看到，这种拓扑已广泛应用于PoE（33V<**>IN-57V<**>IN）、电信 （48 V<**>IN） 以及其它隔离式偏置应用领域。

图1 支持一次及隔离式输出的Fly-Buck转换器

如图1所示，基本Fly-Buck转换器可对一次输出进行稳压，而二次隔离式输出可“跟随”稳压后的一次输出。额定二次输出电压的计算公式为：

其中，N1/N2是变压器的匝数比，V<**>F是二次整流二极管的正向偏置压降。

二次稳压可受到多种因素影响，其中包括输入输出电压占空比、变压器漏电感、电源传输（关断时间T<**>OFF下）过程中电流循环路径的电阻下降，以及二极管正向压降随温度及正向电流I<**>F的变化等。与主动控制的一次输出电压相比，所有这些因素可降低二次输出稳压性能。在一些应用中，在线路电压及负载电流范围内对隔离式输出进行稳压，通常要比图1所示电路所能实现的严格得多。

图2 基于LM5017的Fly-Buck转换器电路，没有基于光耦合器的稳压电路

基于LM5017的完整Fly-Buck转换器电路如图2所示。在该原理图中，用来保持12V额定稳压一次电压的R<**>FB2的典型值为8.25k。R<**>FB2和R<**>FB1的典型值可以根据1.225V下的V<**>FB引脚电压典型值以及相对应的分压器电路 （R<**>FB2//R<**>FB1） 轻松得出。

图3  LM5017隔离式输出电压稳压

采用这种配置，一次输出电压得到了极好的稳压，能够达到预期效果，但可以观察到二次输出电压因二次负载电流而产生的稳压丧失，如图3所示。从图3还可以看到，随着线路电压的升高，二次输出电压更加偏离了5V的额定二次输出电压。

其实办法不止一种，设计者还可以选择一种较为简便的方法，这种方法还有个好处就是能够重复使用。不仅如此，该设计包括一直用于许多其它隔离式拓扑的专用反馈补偿电路。用户只需使用一款光耦合器及并联稳压器LM431A，即可设计可对二次侧进行稳压的简单隔离式补偿电路。我们将在本博客系列的第二篇文章中讨论该补偿电路及效果。

以上就是Fly-Buck当中的隔离侧二次补偿环路的意图和理念。下面将开始介绍补偿电路并展示二次侧稳压之后的效果。

图4 在二次输出上提供反馈补偿电路的Fly-Buck转换器

图4是完整的补偿电路与原型LM5017应用电路。外部补偿电路包含一款用于反馈隔离的光耦合器以及用作误差放大器在较低频率下提供很大增益的并联稳压器LM431A [3]。反馈电路包含一个可确定截止频率的典型I类补偿网络(C1、R1)。此外，该I类补偿还可确保高DC增益，减少低频率DC稳压误差。在光耦合器中的光电晶体管开启时，一次输出的有效反馈比会下降。

图5 基于LM5017的Fly-Buck转换器电路提供基于光耦合器的稳压电路

图5是具有正确电路参数的修改电路。增加补偿电路后，电阻分压器比率(RFB2/RFB1)的视在值在工作过程中会发生变化。高侧反馈电阻器RFB2需要通过更新重新调整一次输出电压，使其设定值略高于额定12V。

b. 一次侧负载稳压

图6 

b. 一次侧负载稳压

图7

正如图6a、7a和8a(虚线)中所示，基于光耦合器的二次侧稳压电路与无补偿二次输出相比，可显著改善二次稳压效果。在原型LM5017电路中，二次输出电压在负载条件下出现了负梯度，使用该电路显著降低了这种负梯度。随着输入电压的增加，二次输出电压会得到不断稳压，使其接近5V额定值。然而，二次侧上这种改善的稳压性能也是以一次输出稳压过程中末端降低换来的，因为这两组输出的基本关系仍然取决于功率级。图6b、7b和8b是该最新配置下的有效一次稳压，以及将其与相应初始电路对比的情况。

b. 一次侧负载稳压

图8

为了改善二次输出电压稳压的效果，在转换器当中设计者们添加了隔离模式与反馈补偿电路。通过以上的举例和分析，可以看到这种修改是非常有必要且有效的，将稳压作用在隔离式输出上发挥到了极致。