采用反激式转换器进行高功率应用设计

摘要

本文介绍了借助多相运行（即多个变压器并联）提升反激式转换器功率水平的可能性。此外，这种配置还降低了反激式开关模式电源拓扑结构输入侧的传导发射。

引言

多相反激式转换器能够突破功率的最大极限，具备易于设计的优势，还能有效减少传导干扰。
 
反激式转换器是生成稳压且电气隔离电压的理想选择。凭借简洁的电路架构与成熟的技术体系，这种电压转换技术在众多领域得到了广泛应用。图1展示了反激式转换器的简化示意图。
 
不过，反激式技术的应用存在一些局限性。其最大可传输功率是有限的。这是因为，在开关Q1导通期间，变压器的初级侧有电流流过，如图1所示。在此期间，能量存储在变压器线圈T1中。在Q1关断期间，初级侧没有电流流动，但变压器的次级侧会形成电流。先前存储的能量通过次级绕组释放出来。
 
变压器中能够存储的最大能量是有限的。因此，反激式转换器的最大功率也受到了限制。虽然借助特殊设计的变压器，可使输出功率突破100 W，但一般来说，反激式结构更适用于输出功率在约60 W及以下的场景。

图1.一种采用无光耦技术的简单反激式转换器。

 
要让反激式拓扑在更高功率场景下高效运作，有一种别出心裁却极为精妙的方案。通过使用多个通道，反激式转换器可以配备两个或更多的变压器来运行，将输出功率分配到这些变压器上。这类变压器在市面上品类丰富、选型多样，并且支持并联使用。
 
图2展示了一个双通道反激式转换器电路。它由一个特殊的控制器集成电路MAX15159进行控制。这款集成电路是一种双通道反激式控制器，采用相移的方式工作，并确保电流均匀分布在两条并联的功率路径中。更为值得一提的是，借助两个MAX15159反激式控制器，还可以驱动由四个变压器组成的四相反激式电路。因此，在使用小型变压器的情况下，这样的电路能够产生超过100 W的高功率输出。

图2.MAX15159能够控制多相反激电路。

 
与单通道反激式电路类似，多相反激式电路也能在反馈路径中不依赖光耦合器而运行。MAX15159配备了无光耦技术。这项技术通过评估关断时间初级侧绕组两端的电压来调节输出电压。
 
多相反激式（转换器）的一个独特优势在于，它能有效降低传导干扰。在输入侧，反激式（转换器）的工作特性类似于开关模式降压转换器；也就是说，就像使用降压拓扑结构的稳压器一样。这两种拓扑结构中都会产生脉冲输入电流。为了将输入侧的干扰降至最低，多相反激式转换器中的各个通道采用了相移技术；也就是说，各个通道在不同的时间启动。这不仅改善了电磁干扰(EMI)性能，还减少了输入侧所需电容器的尺寸和数量。图3展示了一个双通道反激式转换器的输入侧电流情况。

图3.多相反激式转换器输入侧的电流流动。

 
多相反激式转换器具有一个独特的优势，能够在许多应用中借助多个结构简单、成本低廉且外形小巧的变压器来替代单个大型变压器。

结论

在开发具有电气隔离功能的电源时，除了常见的解决方案（即功率等级低于60 W时采用反激式转换器，高于60 W时采用正激式转换器）之外，还有其他方案可选。多相反激式转换器同样能够胜任60 W以上功率等级的应用场景。以MAX15159控制器集成电路为代表的解决方案，创新性地应用了无光耦技术。此类方案摒弃了光耦合器，借助相移控制策略将传导干扰抑制到极低水平。
作者：Frederik Dostal，电源管理主题专家