隔离拓扑简介
Loading the player...
将在30s后自动为您播放下一课程
大家好！ 欢迎观看隔离式 拓扑简介演示。 此演示 主要针对 隔离式电源设计 领域的入门级受众。 因此，如果您还不熟悉 这个领域，请不要害怕， 因为本课程将对这些拓扑 进行简要的技术探讨。 在本演示中， 我们将回顾 隔离式电源中 常用的 五种拓扑 或电路架构。 今天的议程如下。 首先，我们将回顾什么是隔离 以及为什么使用隔离。 然后，我们将简要确定 不同类型的隔离。 最后，我们将 回顾一些 常用拓扑的功能和 最有效点功率范围。 那么，什么是隔离？ 隔离是指 电路的 两个或更多个部件 之间的电气分隔。 比如说， 此电路的 左侧是高电压源。 如果我们触摸 此电路的右侧， 将会发生什么情况？ 我们将会闭合电路 并可能触电。 因此，为了 避免这种情况， 我们中断了电路输入和 输出之间的连接。 但为了让电路 保持工作， 我们需要 通过某些方式 跨越开放区域传输电力， 在这种情况下， 磁场或变压器将会起作用。 尽管被分隔，变压器 仍然允许我们 在没有直接导线连接的情况下 将能量从一个电路耦合或传输到 另一个电路。 无论是对于 电气组件 还是对于 直接接触 电路的人员，隔离主要 用于确保安全。 磁性隔离 或变压器 是在两个电路 之间传输电力的 主要方式。 但也存在 其他类型的隔离， 比如电容性 光学隔离。 您眼前看到的幻灯片 乍一看似乎很吓人， 但恐怕并非如此， 因为我们不会详细 分析该电路。 我想让大家 注意的是 可在此原理图上 看到的隔离类型。 有人能识别 此处所示的 不同隔离类型吗？ 首先，我们看到的是采用 变压器形式的磁性隔离， 允许在输入 和输出之间 无直接连接的情况下， 通过磁场传输能量。 我们还可看到采用 Y 电容器 形式的电容性隔离。 由于此电路的 两侧都将具有 不同的接地， 因此，我们看到 每一侧的噪声 底限将存在 内在差异。 此 Y 电容器会阻止 两侧的直流值， 并允许将 输出接地的 噪声交流值传输 回输入接地。 这会中断 接地回路噪声， 即电路两侧 之间的噪声 差异。 这些 Y 电容器的额定 电压达到几百伏特， 并可承受高达几千 伏特的瞬态。 最后，我们可以看到 光耦合器形式的 光学隔离。 此器件使用 IR LED 和光电探测器 跨越隔离壁垒 传输反馈信息。 总而言之， 磁性隔离 用于功率传输。 电容性隔离用于 平衡接地噪声。 光学隔离用于 传输信息。 在本例中，我们可以 穿过电路绘制一条线， 并查看隔离 边界的位置。 在左侧，我们有 标记为 PGND 的 高电压接地。 在右侧，我们有标记 GND 的较低电压。 我们今天要讨论的 五种类型分别是 反激式， 其最佳 有效操作点大约 为 100 瓦输出功率； Flybuck， 其工作范围 通常低于 10 瓦；正向， 其最佳操作范围 为 100 至 250 瓦； 半桥，其操作范围 约为几瓦至 几百瓦； 以及全桥，这种 类型的功率容量 最高，操作范围 为几百瓦至 几千瓦。 首先是反激式。 此类型的最佳有效操作 范围低于 100 瓦。 它能够升高或降低 输入电压或使其 反转。 它由三个 组件构成 -- FET、整流器 和变压器。 需要注意的是， 两个绕组的 极性相反， 由所示的点指示。 在打开期间， 变压器初级 传导电流 至峰值。 那么，次级侧 在此期间 会发生什么？ 次级绕组 具有负极性， 这意味着次级整流 二极管是反向 偏置的。 因此，没有电流 从次级绕组流到 负载。 因此，变压器 在此打开期间 会以磁场的形式积聚能量， 能量计算方程为 E=1/2L*I²。 现在，由于跨过 电感器的电压 与电流变化 速度成正比， vL 等于 Ldi dt， 因此，当开关断开时， 输入电流会下降， 斜率会变成负性， 绕组的极性 会发生反转。 发生这种情况后， 次级整流器 会变为正向 偏置，并开始 传导电流， 向负载传输能量。 在右侧，我们可以看到 在连续导通模式下 操作的 FET 和整流 二极管波形的示例。 在打开期间， 一半的输入电压 被反射到 整流器， 这意味着 D1 两侧的 电压应力将为 9.5 伏。 在关闭期间， 两倍的 Vout 加上二极管的 正向电压 被反射到 FET， 这意味着 Q1 上的 电压应力为 20.4。 这些数字是 根据初级 绕组匝数、次级绕组 匝数以及输入和 输出之间的关系 而获得的。 请注意，初级上有电流， 或者次级上有一半的 电流。 这是因为 初级绕组 与次级绕组之比为二比一。 在这一关系中， 电压从初级到 次级按 系数 2 下降， 但电流按系数 2 上升。 这就是您看到初级上 5 安培 跃升到次级上 10 安培的 原因。 反激可在两种不同 电流模式下工作， 即 DCM 和 CCM 模式， 分别代表断续导通模式 和连续导通模式。 断续模式 意味着变压器 在关闭期间 完全断电， 在下一个 周期之前， 电流波形达到零点， 从而使电流波形 不连续。 在连续导通模式下， 如波形中所示， 在开关周期期间， 电流永远不会降低到零。 变压器 持续磁化。 此拓扑的优点 是成本低廉。 它可通过额外的 绕组提供多个 次级输出。 总之， 反激式变压器 将会磁化， 在打开期间 充当负载， 并在关闭期间 消磁，充当 输出源。 接下来是 Flybuck， 在大约 10 瓦以下工作。 但等一下， 这是不是降压转换器？ 是的，没错， 但具有耦合电感器。 它不是反激式。 Flybuck 是一种 隔离式降压转换器， 它使用同步降压， 并具有耦合电感器绕组， 用于产生隔离式输出。 次级输出 与初级输出 电压非常接近， 因而无需 光耦合器或辅助 绕组，从而减小了 尺寸并降低了成本。 通过将输出滤波电感器 替换为耦合电感器 并使用二极管 和电容器 对次级绕组进行整流， 即可形成 Flybuck， 如此处所示。 如何操作？ 在打开期间，当 Q1 打开但 Q2 关闭时， 操作方式与升压类似。 但次级侧的 极性相反， 极性由点指示， 这意味着二极管 是反向偏置的且未导通。 在关闭期间，当 Q1 关闭但 Q2 打开时， 电流将开始下降， 并且次级上的电感器极性 将会翻转， 导致二极管 变为正向偏 置并向次级 输出输送功率。 但电流 始终流过 初级电感器。 总之， 在打开期间， 初级侧 Vout1 等于 Vin 乘以占空比。 次级绕组在此期间 反向偏置。 在关闭期间， 电感器上存储的能量 会驱动电流， 流过初级和次级绕组， 总共等于 磁化电流， 如右侧 所示。 Vout2 将等于 次级匝数 除以初级 匝数， 乘以输出电压， 减去二极管的正向压降。 整流器 D1 现在导通。 这是适用于低功能隔离式 电源的低成本小型解决 方案。 而且它能够 升高、降低或 反转次级的 输入电压。 接下来是正向转换器， 最适合在 100 瓦 到 250 瓦的输出之间工作。 这种隔离式转换器 基于降压转换器。 在开关 Q1 打开期间， 转换器从输入向输出 负载传输能量。 请注意，电感变压器 两侧的极性 相互匹配。 在关闭期间， 能量通过 输出电感器续流， 并且可在右侧 看到整流器 D2。 使用续流二极管 消除反激电压， 该电压是在供电电流 被中断或降低时出现的 尖峰。 在我们的反激 电路中，我们一般 在初级上使用阻尼器 来避免这一漏电尖峰。 在打开期间，整个 初级绕组内 都存在 Vin， 在变压器的 次级侧强制 Vin 乘以 次级与初级匝数比。 这个次级电压 将会通过电感器 生成磁化电流。 L1 次级侧的工作方式 类似于降压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁 电流通过偏置 或 D 磁化绕组， 以重置内核。 存在跨偏置 和初级串联 绕组的 输入电压。 因此，这意味着 FET Q1 一个需要承受 两倍的输入电压。 正向支持 比反激 更高的电流， 但反激 在较低电流下 支持更高的电压。 可以使用一个或 两个开关实现正向。 在我们到目前为止 一直讨论的单一开关 正向中， 存储在 初级电感中的 磁化能量将会通过 消磁绕组和 D 恢复到 输入源。在最一般的情况下， 初级和 消磁绕组 具有相同的匝数。 因此在关闭时， 电源开关必须 能够在 消磁期间 承受两倍的输入电压。 消磁和 初级绕组 必须紧密耦合 以降低电压尖峰， 因为在关闭电源时， 电源开关上会产生两倍 以上的理论 Vin。 在双开关正向中， 也称为非对称 半桥正向， 存储在初级 电感中的 磁化能量 会通过两个消磁二极管 D3 和 D4 自动恢复到 螺栓型电容器。 这两个电源开关 和消磁二极管 现在只需要承受 一倍的输入电压。 这允许在输出端 传输更高的功率。 有源箝位 是双开关形式的 另一种版本。 当 Q1 打开时， 它为初级绕组充电， 然后，当 Q2 打开时， 将磁化能量传输到钳位 电容器。 在该电容器 上的电压 变得高于 输入电压后， 由于电容器已预充电 至 Vin 除以 T off， 电流将开始 从该电容器 流回到大容量 输入电容器， 从而回收一部分能量。 有源钳位 技术允许 使用较低额定 电压的 MOS FET 并简化了自驱动 同步整流器的使用。 磁化和 泄漏能量 经回收后 返回到来源。 这些优势可以让 电源转换器设计人员 显著提高电源效率。 本幻灯片或表格上 所示的图形 总结了每种 电路的特性。 这里是半桥， 它是中高范围的功率输出 拓扑。 这是我们的第一款 对称转换器， 因为它始终使用 偶数个数的开关。 与全桥的情况相同。 此拓扑的 推荐操作范围 介于 250 和 500 瓦之间。 在左侧，我们可以 看到，两个开关 轮流交替。 每次转换之间 有死区时间时， 每个开关 轮流交替。 跨电源 串联的 电容器确定了一个中点， 以使开关承受 一倍 Vin 的电压。 在次级侧， 我们可以看到 跨 L1 产生磁化电流。 在关闭此开关后， 在关闭期间， 在次级上 将会产生 续流电流， 为输出供电。 另一种形式是 LLC 半桥。 它们基于 谐振逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐振 内容的交流电压 并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为 正弦波 或为分段 正弦波。 谐振 直流/直流转换器 能够为负载 提供直流电源， 并可通过对 固有逆变器的 交流输出进行 整流和滤波 来获得， 如下图所示。 上图是 电路本身的 更详细结构。 此处是 LLC 半桥。 它基于 固有逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐波交流 电压，并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为正弦波 或为分段正弦波。 谐振直流/直流 转换器能够 为负载提供直流电源， 并可通过对谐振逆变器的 交流输出进行整流 和滤波来获得。 在电源路径中有 谐振电路的情况下， 可以将开关 配置为在波形 中的零电流或 电压点工作， 极大地降低 其应力水平。 谐振正弦波可以最大限度地 减少较高频率的谐波， 降低噪音等级。 由于电路 现在需要 电感和电容， 寄生元件 可以增强而不是 减损电路性能， 从而使 效率 比传统半桥 高得多。 此处可以 看到全桥， 最佳操作范围 从 400 瓦一直到几千瓦。 全桥基本上 是具有 双倍组件的 半桥，因此 能够处理 两倍的功率。 在对角的 Q1 和 Q3 FET 打开期间， 跨初级存在 Vin， 在变压器的 次级侧 强制 Vin 乘以次级与 初级的匝数比。 全桥传输的功率 是半桥的两倍。 Q2 和 Q4 必须能够 承受输入电压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁电流 通过次级绕组。 每个次级得到 一半的电流， 因此内核上 不再有通量。 下一个周期 同样如此开始， 开关相反的对角 Q2 和 Q4 FET。 如果不了解隔离式电源设计 方面的适当背景知识， 这些隔离式电源可能 看起来让人生畏， 因此，我们设计了几种工具， 为我们和客户提供帮助 并提高速度。 为公众提供的 一些工具 包括 TI 的 Power Stage Designer， 它允许用户 输入有关 所需电源的信息 并根据这些输入 显示组件 波形和拓扑 建议。 用于快速查看信息的 另一个有用工具 是电源 拓扑图， 在 TI 的网站上 也向公共开放。 此图显示波形、 电压、电流 以及与各种拓扑相对应的 几种 TI 部件。 这两者都是 非常有用的工具。 我相信，如果您通过 考核认可了这些工具， 它们会极大地帮助您 为终端设备构建适当的 电源。 我的演示 就到这里。 希望大家都对 隔离有了一些 新认识。 非常感谢您投入宝贵的 时间，谢谢
大家好！ 欢迎观看隔离式 拓扑简介演示。 此演示 主要针对 隔离式电源设计 领域的入门级受众。 因此，如果您还不熟悉 这个领域，请不要害怕， 因为本课程将对这些拓扑 进行简要的技术探讨。 在本演示中， 我们将回顾 隔离式电源中 常用的 五种拓扑 或电路架构。 今天的议程如下。 首先，我们将回顾什么是隔离 以及为什么使用隔离。 然后，我们将简要确定 不同类型的隔离。 最后，我们将 回顾一些 常用拓扑的功能和 最有效点功率范围。 那么，什么是隔离？ 隔离是指 电路的 两个或更多个部件 之间的电气分隔。 比如说， 此电路的 左侧是高电压源。 如果我们触摸 此电路的右侧， 将会发生什么情况？ 我们将会闭合电路 并可能触电。 因此，为了 避免这种情况， 我们中断了电路输入和 输出之间的连接。 但为了让电路 保持工作， 我们需要 通过某些方式 跨越开放区域传输电力， 在这种情况下， 磁场或变压器将会起作用。 尽管被分隔，变压器 仍然允许我们 在没有直接导线连接的情况下 将能量从一个电路耦合或传输到 另一个电路。 无论是对于 电气组件 还是对于 直接接触 电路的人员，隔离主要 用于确保安全。 磁性隔离 或变压器 是在两个电路 之间传输电力的 主要方式。 但也存在 其他类型的隔离， 比如电容性 光学隔离。 您眼前看到的幻灯片 乍一看似乎很吓人， 但恐怕并非如此， 因为我们不会详细 分析该电路。 我想让大家 注意的是 可在此原理图上 看到的隔离类型。 有人能识别 此处所示的 不同隔离类型吗？ 首先，我们看到的是采用 变压器形式的磁性隔离， 允许在输入 和输出之间 无直接连接的情况下， 通过磁场传输能量。 我们还可看到采用 Y 电容器 形式的电容性隔离。 由于此电路的 两侧都将具有 不同的接地， 因此，我们看到 每一侧的噪声 底限将存在 内在差异。 此 Y 电容器会阻止 两侧的直流值， 并允许将 输出接地的 噪声交流值传输 回输入接地。 这会中断 接地回路噪声， 即电路两侧 之间的噪声 差异。 这些 Y 电容器的额定 电压达到几百伏特， 并可承受高达几千 伏特的瞬态。 最后，我们可以看到 光耦合器形式的 光学隔离。 此器件使用 IR LED 和光电探测器 跨越隔离壁垒 传输反馈信息。 总而言之， 磁性隔离 用于功率传输。 电容性隔离用于 平衡接地噪声。 光学隔离用于 传输信息。 在本例中，我们可以 穿过电路绘制一条线， 并查看隔离 边界的位置。 在左侧，我们有 标记为 PGND 的 高电压接地。 在右侧，我们有标记 GND 的较低电压。 我们今天要讨论的 五种类型分别是 反激式， 其最佳 有效操作点大约 为 100 瓦输出功率； Flybuck， 其工作范围 通常低于 10 瓦；正向， 其最佳操作范围 为 100 至 250 瓦； 半桥，其操作范围 约为几瓦至 几百瓦； 以及全桥，这种 类型的功率容量 最高，操作范围 为几百瓦至 几千瓦。 首先是反激式。 此类型的最佳有效操作 范围低于 100 瓦。 它能够升高或降低 输入电压或使其 反转。 它由三个 组件构成 -- FET、整流器 和变压器。 需要注意的是， 两个绕组的 极性相反， 由所示的点指示。 在打开期间， 变压器初级 传导电流 至峰值。 那么，次级侧 在此期间 会发生什么？ 次级绕组 具有负极性， 这意味着次级整流 二极管是反向 偏置的。 因此，没有电流 从次级绕组流到 负载。 因此，变压器 在此打开期间 会以磁场的形式积聚能量， 能量计算方程为 E=1/2L*I²。 现在，由于跨过 电感器的电压 与电流变化 速度成正比， vL 等于 Ldi dt， 因此，当开关断开时， 输入电流会下降， 斜率会变成负性， 绕组的极性 会发生反转。 发生这种情况后， 次级整流器 会变为正向 偏置，并开始 传导电流， 向负载传输能量。 在右侧，我们可以看到 在连续导通模式下 操作的 FET 和整流 二极管波形的示例。 在打开期间， 一半的输入电压 被反射到 整流器， 这意味着 D1 两侧的 电压应力将为 9.5 伏。 在关闭期间， 两倍的 Vout 加上二极管的 正向电压 被反射到 FET， 这意味着 Q1 上的 电压应力为 20.4。 这些数字是 根据初级 绕组匝数、次级绕组 匝数以及输入和 输出之间的关系 而获得的。 请注意，初级上有电流， 或者次级上有一半的 电流。 这是因为 初级绕组 与次级绕组之比为二比一。 在这一关系中， 电压从初级到 次级按 系数 2 下降， 但电流按系数 2 上升。 这就是您看到初级上 5 安培 跃升到次级上 10 安培的 原因。 反激可在两种不同 电流模式下工作， 即 DCM 和 CCM 模式， 分别代表断续导通模式 和连续导通模式。 断续模式 意味着变压器 在关闭期间 完全断电， 在下一个 周期之前， 电流波形达到零点， 从而使电流波形 不连续。 在连续导通模式下， 如波形中所示， 在开关周期期间， 电流永远不会降低到零。 变压器 持续磁化。 此拓扑的优点 是成本低廉。 它可通过额外的 绕组提供多个 次级输出。 总之， 反激式变压器 将会磁化， 在打开期间 充当负载， 并在关闭期间 消磁，充当 输出源。 接下来是 Flybuck， 在大约 10 瓦以下工作。 但等一下， 这是不是降压转换器？ 是的，没错， 但具有耦合电感器。 它不是反激式。 Flybuck 是一种 隔离式降压转换器， 它使用同步降压， 并具有耦合电感器绕组， 用于产生隔离式输出。 次级输出 与初级输出 电压非常接近， 因而无需 光耦合器或辅助 绕组，从而减小了 尺寸并降低了成本。 通过将输出滤波电感器 替换为耦合电感器 并使用二极管 和电容器 对次级绕组进行整流， 即可形成 Flybuck， 如此处所示。 如何操作？ 在打开期间，当 Q1 打开但 Q2 关闭时， 操作方式与升压类似。 但次级侧的 极性相反， 极性由点指示， 这意味着二极管 是反向偏置的且未导通。 在关闭期间，当 Q1 关闭但 Q2 打开时， 电流将开始下降， 并且次级上的电感器极性 将会翻转， 导致二极管 变为正向偏 置并向次级 输出输送功率。 但电流 始终流过 初级电感器。 总之， 在打开期间， 初级侧 Vout1 等于 Vin 乘以占空比。 次级绕组在此期间 反向偏置。 在关闭期间， 电感器上存储的能量 会驱动电流， 流过初级和次级绕组， 总共等于 磁化电流， 如右侧 所示。 Vout2 将等于 次级匝数 除以初级 匝数， 乘以输出电压， 减去二极管的正向压降。 整流器 D1 现在导通。 这是适用于低功能隔离式 电源的低成本小型解决 方案。 而且它能够 升高、降低或 反转次级的 输入电压。 接下来是正向转换器， 最适合在 100 瓦 到 250 瓦的输出之间工作。 这种隔离式转换器 基于降压转换器。 在开关 Q1 打开期间， 转换器从输入向输出 负载传输能量。 请注意，电感变压器 两侧的极性 相互匹配。 在关闭期间， 能量通过 输出电感器续流， 并且可在右侧 看到整流器 D2。 使用续流二极管 消除反激电压， 该电压是在供电电流 被中断或降低时出现的 尖峰。 在我们的反激 电路中，我们一般 在初级上使用阻尼器 来避免这一漏电尖峰。 在打开期间，整个 初级绕组内 都存在 Vin， 在变压器的 次级侧强制 Vin 乘以 次级与初级匝数比。 这个次级电压 将会通过电感器 生成磁化电流。 L1 次级侧的工作方式 类似于降压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁 电流通过偏置 或 D 磁化绕组， 以重置内核。 存在跨偏置 和初级串联 绕组的 输入电压。 因此，这意味着 FET Q1 一个需要承受 两倍的输入电压。 正向支持 比反激 更高的电流， 但反激 在较低电流下 支持更高的电压。 可以使用一个或 两个开关实现正向。 在我们到目前为止 一直讨论的单一开关 正向中， 存储在 初级电感中的 磁化能量将会通过 消磁绕组和 D 恢复到 输入源。在最一般的情况下， 初级和 消磁绕组 具有相同的匝数。 因此在关闭时， 电源开关必须 能够在 消磁期间 承受两倍的输入电压。 消磁和 初级绕组 必须紧密耦合 以降低电压尖峰， 因为在关闭电源时， 电源开关上会产生两倍 以上的理论 Vin。 在双开关正向中， 也称为非对称 半桥正向， 存储在初级 电感中的 磁化能量 会通过两个消磁二极管 D3 和 D4 自动恢复到 螺栓型电容器。 这两个电源开关 和消磁二极管 现在只需要承受 一倍的输入电压。 这允许在输出端 传输更高的功率。 有源箝位 是双开关形式的 另一种版本。 当 Q1 打开时， 它为初级绕组充电， 然后，当 Q2 打开时， 将磁化能量传输到钳位 电容器。 在该电容器 上的电压 变得高于 输入电压后， 由于电容器已预充电 至 Vin 除以 T off， 电流将开始 从该电容器 流回到大容量 输入电容器， 从而回收一部分能量。 有源钳位 技术允许 使用较低额定 电压的 MOS FET 并简化了自驱动 同步整流器的使用。 磁化和 泄漏能量 经回收后 返回到来源。 这些优势可以让 电源转换器设计人员 显著提高电源效率。 本幻灯片或表格上 所示的图形 总结了每种 电路的特性。 这里是半桥， 它是中高范围的功率输出 拓扑。 这是我们的第一款 对称转换器， 因为它始终使用 偶数个数的开关。 与全桥的情况相同。 此拓扑的 推荐操作范围 介于 250 和 500 瓦之间。 在左侧，我们可以 看到，两个开关 轮流交替。 每次转换之间 有死区时间时， 每个开关 轮流交替。 跨电源 串联的 电容器确定了一个中点， 以使开关承受 一倍 Vin 的电压。 在次级侧， 我们可以看到 跨 L1 产生磁化电流。 在关闭此开关后， 在关闭期间， 在次级上 将会产生 续流电流， 为输出供电。 另一种形式是 LLC 半桥。 它们基于 谐振逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐振 内容的交流电压 并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为 正弦波 或为分段 正弦波。 谐振 直流/直流转换器 能够为负载 提供直流电源， 并可通过对 固有逆变器的 交流输出进行 整流和滤波 来获得， 如下图所示。 上图是 电路本身的 更详细结构。 此处是 LLC 半桥。 它基于 固有逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐波交流 电压，并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为正弦波 或为分段正弦波。 谐振直流/直流 转换器能够 为负载提供直流电源， 并可通过对谐振逆变器的 交流输出进行整流 和滤波来获得。 在电源路径中有 谐振电路的情况下， 可以将开关 配置为在波形 中的零电流或 电压点工作， 极大地降低 其应力水平。 谐振正弦波可以最大限度地 减少较高频率的谐波， 降低噪音等级。 由于电路 现在需要 电感和电容， 寄生元件 可以增强而不是 减损电路性能， 从而使 效率 比传统半桥 高得多。 此处可以 看到全桥， 最佳操作范围 从 400 瓦一直到几千瓦。 全桥基本上 是具有 双倍组件的 半桥，因此 能够处理 两倍的功率。 在对角的 Q1 和 Q3 FET 打开期间， 跨初级存在 Vin， 在变压器的 次级侧 强制 Vin 乘以次级与 初级的匝数比。 全桥传输的功率 是半桥的两倍。 Q2 和 Q4 必须能够 承受输入电压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁电流 通过次级绕组。 每个次级得到 一半的电流， 因此内核上 不再有通量。 下一个周期 同样如此开始， 开关相反的对角 Q2 和 Q4 FET。 如果不了解隔离式电源设计 方面的适当背景知识， 这些隔离式电源可能 看起来让人生畏， 因此，我们设计了几种工具， 为我们和客户提供帮助 并提高速度。 为公众提供的 一些工具 包括 TI 的 Power Stage Designer， 它允许用户 输入有关 所需电源的信息 并根据这些输入 显示组件 波形和拓扑 建议。 用于快速查看信息的 另一个有用工具 是电源 拓扑图， 在 TI 的网站上 也向公共开放。 此图显示波形、 电压、电流 以及与各种拓扑相对应的 几种 TI 部件。 这两者都是 非常有用的工具。 我相信，如果您通过 考核认可了这些工具， 它们会极大地帮助您 为终端设备构建适当的 电源。 我的演示 就到这里。 希望大家都对 隔离有了一些 新认识。 非常感谢您投入宝贵的 时间，谢谢
大家好！
欢迎观看隔离式 拓扑简介演示。
此演示 主要针对
隔离式电源设计 领域的入门级受众。
因此，如果您还不熟悉 这个领域，请不要害怕，
因为本课程将对这些拓扑 进行简要的技术探讨。
在本演示中， 我们将回顾
隔离式电源中 常用的
五种拓扑 或电路架构。
今天的议程如下。
首先，我们将回顾什么是隔离 以及为什么使用隔离。
然后，我们将简要确定 不同类型的隔离。
最后，我们将 回顾一些
常用拓扑的功能和 最有效点功率范围。
那么，什么是隔离？
隔离是指 电路的
两个或更多个部件 之间的电气分隔。
比如说， 此电路的
左侧是高电压源。
如果我们触摸 此电路的右侧，
将会发生什么情况？
我们将会闭合电路 并可能触电。
因此，为了 避免这种情况，
我们中断了电路输入和 输出之间的连接。
但为了让电路 保持工作，
我们需要 通过某些方式
跨越开放区域传输电力， 在这种情况下，
磁场或变压器将会起作用。
尽管被分隔，变压器 仍然允许我们
在没有直接导线连接的情况下 将能量从一个电路耦合或传输到
另一个电路。
无论是对于 电气组件
还是对于 直接接触
电路的人员，隔离主要 用于确保安全。
磁性隔离 或变压器
是在两个电路 之间传输电力的
主要方式。
但也存在 其他类型的隔离，
比如电容性 光学隔离。
您眼前看到的幻灯片 乍一看似乎很吓人，
但恐怕并非如此， 因为我们不会详细
分析该电路。
我想让大家 注意的是
可在此原理图上 看到的隔离类型。
有人能识别 此处所示的
不同隔离类型吗？
首先，我们看到的是采用 变压器形式的磁性隔离，
允许在输入 和输出之间
无直接连接的情况下， 通过磁场传输能量。
我们还可看到采用 Y 电容器 形式的电容性隔离。
由于此电路的 两侧都将具有
不同的接地， 因此，我们看到
每一侧的噪声 底限将存在
内在差异。
此 Y 电容器会阻止 两侧的直流值，
并允许将 输出接地的
噪声交流值传输 回输入接地。
这会中断 接地回路噪声，
即电路两侧 之间的噪声
差异。
这些 Y 电容器的额定 电压达到几百伏特，
并可承受高达几千 伏特的瞬态。
最后，我们可以看到 光耦合器形式的
光学隔离。
此器件使用 IR LED 和光电探测器
跨越隔离壁垒 传输反馈信息。
总而言之， 磁性隔离
用于功率传输。
电容性隔离用于 平衡接地噪声。
光学隔离用于 传输信息。
在本例中，我们可以 穿过电路绘制一条线，
并查看隔离 边界的位置。
在左侧，我们有 标记为 PGND 的
高电压接地。
在右侧，我们有标记 GND 的较低电压。
我们今天要讨论的 五种类型分别是
反激式， 其最佳
有效操作点大约 为 100 瓦输出功率；
Flybuck， 其工作范围
通常低于 10 瓦；正向， 其最佳操作范围
为 100 至 250 瓦； 半桥，其操作范围
约为几瓦至 几百瓦；
以及全桥，这种 类型的功率容量
最高，操作范围 为几百瓦至
几千瓦。
首先是反激式。
此类型的最佳有效操作 范围低于 100 瓦。
它能够升高或降低 输入电压或使其
反转。
它由三个 组件构成 --
FET、整流器 和变压器。
需要注意的是， 两个绕组的
极性相反， 由所示的点指示。
在打开期间， 变压器初级
传导电流 至峰值。
那么，次级侧 在此期间
会发生什么？
次级绕组 具有负极性，
这意味着次级整流 二极管是反向
偏置的。
因此，没有电流 从次级绕组流到
负载。
因此，变压器 在此打开期间
会以磁场的形式积聚能量， 能量计算方程为
E=1/2L*I²。
现在，由于跨过 电感器的电压
与电流变化 速度成正比，
vL 等于 Ldi dt， 因此，当开关断开时，
输入电流会下降， 斜率会变成负性，
绕组的极性 会发生反转。
发生这种情况后， 次级整流器
会变为正向 偏置，并开始
传导电流， 向负载传输能量。
在右侧，我们可以看到 在连续导通模式下
操作的 FET 和整流 二极管波形的示例。
在打开期间， 一半的输入电压
被反射到 整流器，
这意味着 D1 两侧的 电压应力将为 9.5 伏。
在关闭期间， 两倍的 Vout
加上二极管的 正向电压
被反射到 FET， 这意味着 Q1 上的
电压应力为 20.4。
这些数字是 根据初级
绕组匝数、次级绕组 匝数以及输入和
输出之间的关系 而获得的。
请注意，初级上有电流， 或者次级上有一半的
电流。
这是因为 初级绕组
与次级绕组之比为二比一。
在这一关系中， 电压从初级到
次级按 系数 2 下降，
但电流按系数 2 上升。
这就是您看到初级上 5 安培 跃升到次级上 10 安培的
原因。
反激可在两种不同 电流模式下工作，
即 DCM 和 CCM 模式， 分别代表断续导通模式
和连续导通模式。
断续模式 意味着变压器
在关闭期间 完全断电，
在下一个 周期之前，
电流波形达到零点， 从而使电流波形
不连续。
在连续导通模式下， 如波形中所示，
在开关周期期间， 电流永远不会降低到零。
变压器 持续磁化。
此拓扑的优点 是成本低廉。
它可通过额外的 绕组提供多个
次级输出。
总之， 反激式变压器
将会磁化， 在打开期间
充当负载， 并在关闭期间
消磁，充当 输出源。
接下来是 Flybuck， 在大约 10 瓦以下工作。
但等一下， 这是不是降压转换器？
是的，没错， 但具有耦合电感器。
它不是反激式。
Flybuck 是一种 隔离式降压转换器，
它使用同步降压， 并具有耦合电感器绕组，
用于产生隔离式输出。
次级输出 与初级输出
电压非常接近， 因而无需
光耦合器或辅助 绕组，从而减小了
尺寸并降低了成本。
通过将输出滤波电感器 替换为耦合电感器
并使用二极管 和电容器
对次级绕组进行整流， 即可形成 Flybuck，
如此处所示。
如何操作？
在打开期间，当 Q1 打开但 Q2 关闭时，
操作方式与升压类似。
但次级侧的 极性相反，
极性由点指示， 这意味着二极管
是反向偏置的且未导通。
在关闭期间，当 Q1 关闭但 Q2 打开时，
电流将开始下降， 并且次级上的电感器极性
将会翻转， 导致二极管
变为正向偏 置并向次级
输出输送功率。
但电流 始终流过
初级电感器。
总之， 在打开期间，
初级侧 Vout1
等于 Vin 乘以占空比。
次级绕组在此期间 反向偏置。
在关闭期间， 电感器上存储的能量
会驱动电流， 流过初级和次级绕组，
总共等于 磁化电流，
如右侧 所示。
Vout2 将等于 次级匝数
除以初级 匝数，
乘以输出电压， 减去二极管的正向压降。
整流器 D1 现在导通。
这是适用于低功能隔离式 电源的低成本小型解决
方案。
而且它能够 升高、降低或
反转次级的 输入电压。
接下来是正向转换器， 最适合在 100 瓦
到 250 瓦的输出之间工作。
这种隔离式转换器 基于降压转换器。
在开关 Q1 打开期间，
转换器从输入向输出 负载传输能量。
请注意，电感变压器 两侧的极性
相互匹配。
在关闭期间， 能量通过
输出电感器续流， 并且可在右侧
看到整流器 D2。
使用续流二极管 消除反激电压，
该电压是在供电电流 被中断或降低时出现的
尖峰。
在我们的反激 电路中，我们一般
在初级上使用阻尼器 来避免这一漏电尖峰。
在打开期间，整个 初级绕组内
都存在 Vin， 在变压器的
次级侧强制 Vin 乘以 次级与初级匝数比。
这个次级电压 将会通过电感器
生成磁化电流。
L1 次级侧的工作方式 类似于降压。
在关闭期间， 磁化能量
会迫使消磁 电流通过偏置
或 D 磁化绕组， 以重置内核。
存在跨偏置 和初级串联
绕组的 输入电压。
因此，这意味着 FET Q1 一个需要承受
两倍的输入电压。
正向支持 比反激
更高的电流， 但反激
在较低电流下 支持更高的电压。
可以使用一个或 两个开关实现正向。
在我们到目前为止 一直讨论的单一开关
正向中， 存储在
初级电感中的 磁化能量将会通过
消磁绕组和 D 恢复到 输入源。在最一般的情况下，
初级和 消磁绕组
具有相同的匝数。
因此在关闭时， 电源开关必须
能够在 消磁期间
承受两倍的输入电压。
消磁和 初级绕组
必须紧密耦合 以降低电压尖峰，
因为在关闭电源时， 电源开关上会产生两倍
以上的理论 Vin。
在双开关正向中， 也称为非对称
半桥正向， 存储在初级
电感中的 磁化能量
会通过两个消磁二极管 D3 和 D4 自动恢复到
螺栓型电容器。
这两个电源开关 和消磁二极管
现在只需要承受 一倍的输入电压。
这允许在输出端 传输更高的功率。
有源箝位 是双开关形式的
另一种版本。
当 Q1 打开时， 它为初级绕组充电，
然后，当 Q2 打开时， 将磁化能量传输到钳位
电容器。
在该电容器 上的电压
变得高于 输入电压后，
由于电容器已预充电 至 Vin 除以 T off，
电流将开始 从该电容器
流回到大容量 输入电容器，
从而回收一部分能量。
有源钳位 技术允许
使用较低额定 电压的 MOS FET
并简化了自驱动 同步整流器的使用。
磁化和 泄漏能量
经回收后 返回到来源。
这些优势可以让 电源转换器设计人员
显著提高电源效率。
本幻灯片或表格上 所示的图形
总结了每种 电路的特性。
这里是半桥， 它是中高范围的功率输出
拓扑。
这是我们的第一款 对称转换器，
因为它始终使用 偶数个数的开关。
与全桥的情况相同。
此拓扑的 推荐操作范围
介于 250 和 500 瓦之间。
在左侧，我们可以 看到，两个开关
轮流交替。
每次转换之间 有死区时间时，
每个开关 轮流交替。
跨电源 串联的
电容器确定了一个中点， 以使开关承受
一倍 Vin 的电压。
在次级侧， 我们可以看到
跨 L1 产生磁化电流。
在关闭此开关后， 在关闭期间，
在次级上 将会产生
续流电流， 为输出供电。
另一种形式是 LLC 半桥。
它们基于 谐振逆变器 --
也就是 将直流电压
转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说，
转换为低谐振 内容的交流电压
并为负载提供 交流电源。
开关网络通常 产生方波电压，
应用于针对 方波基波分量
进行调谐的 谐振回路。
这样，回路将主要 响应此分量，
并忽视 较高阶的谐波，
以使其电压或 电流以及负载
基本上为 正弦波
或为分段 正弦波。
谐振 直流/直流转换器
能够为负载 提供直流电源，
并可通过对 固有逆变器的
交流输出进行 整流和滤波
来获得， 如下图所示。
上图是 电路本身的
更详细结构。
此处是 LLC 半桥。
它基于 固有逆变器 --
也就是 将直流电压
转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说，
转换为低谐波交流 电压，并为负载提供
交流电源。
开关网络通常 产生方波电压，
应用于针对 方波基波分量
进行调谐的 谐振回路。
这样，回路将主要 响应此分量，
并忽视 较高阶的谐波，
以使其电压或 电流以及负载
基本上为正弦波 或为分段正弦波。
谐振直流/直流 转换器能够
为负载提供直流电源， 并可通过对谐振逆变器的
交流输出进行整流 和滤波来获得。
在电源路径中有 谐振电路的情况下，
可以将开关 配置为在波形
中的零电流或 电压点工作，
极大地降低 其应力水平。
谐振正弦波可以最大限度地 减少较高频率的谐波，
降低噪音等级。
由于电路 现在需要
电感和电容， 寄生元件
可以增强而不是 减损电路性能，
从而使 效率
比传统半桥 高得多。
此处可以 看到全桥，
最佳操作范围 从 400 瓦一直到几千瓦。
全桥基本上 是具有
双倍组件的 半桥，因此
能够处理 两倍的功率。
在对角的 Q1 和 Q3 FET 打开期间，
跨初级存在 Vin， 在变压器的
次级侧 强制 Vin
乘以次级与 初级的匝数比。
全桥传输的功率 是半桥的两倍。
Q2 和 Q4 必须能够 承受输入电压。
在关闭期间， 磁化能量
会迫使消磁电流 通过次级绕组。
每个次级得到 一半的电流，
因此内核上 不再有通量。
下一个周期 同样如此开始，
开关相反的对角 Q2 和 Q4 FET。
如果不了解隔离式电源设计 方面的适当背景知识，
这些隔离式电源可能 看起来让人生畏，
因此，我们设计了几种工具， 为我们和客户提供帮助
并提高速度。
为公众提供的 一些工具
包括 TI 的 Power Stage Designer，
它允许用户 输入有关
所需电源的信息 并根据这些输入
显示组件 波形和拓扑
建议。
用于快速查看信息的 另一个有用工具
是电源 拓扑图，
在 TI 的网站上 也向公共开放。
此图显示波形、 电压、电流
以及与各种拓扑相对应的 几种 TI 部件。
这两者都是 非常有用的工具。
我相信，如果您通过 考核认可了这些工具，
它们会极大地帮助您 为终端设备构建适当的
电源。
我的演示 就到这里。
希望大家都对 隔离有了一些
新认识。
非常感谢您投入宝贵的 时间，谢谢
大家好！ 欢迎观看隔离式 拓扑简介演示。 此演示 主要针对 隔离式电源设计 领域的入门级受众。 因此，如果您还不熟悉 这个领域，请不要害怕， 因为本课程将对这些拓扑 进行简要的技术探讨。 在本演示中， 我们将回顾 隔离式电源中 常用的 五种拓扑 或电路架构。 今天的议程如下。 首先，我们将回顾什么是隔离 以及为什么使用隔离。 然后，我们将简要确定 不同类型的隔离。 最后，我们将 回顾一些 常用拓扑的功能和 最有效点功率范围。 那么，什么是隔离？ 隔离是指 电路的 两个或更多个部件 之间的电气分隔。 比如说， 此电路的 左侧是高电压源。 如果我们触摸 此电路的右侧， 将会发生什么情况？ 我们将会闭合电路 并可能触电。 因此，为了 避免这种情况， 我们中断了电路输入和 输出之间的连接。 但为了让电路 保持工作， 我们需要 通过某些方式 跨越开放区域传输电力， 在这种情况下， 磁场或变压器将会起作用。 尽管被分隔，变压器 仍然允许我们 在没有直接导线连接的情况下 将能量从一个电路耦合或传输到 另一个电路。 无论是对于 电气组件 还是对于 直接接触 电路的人员，隔离主要 用于确保安全。 磁性隔离 或变压器 是在两个电路 之间传输电力的 主要方式。 但也存在 其他类型的隔离， 比如电容性 光学隔离。 您眼前看到的幻灯片 乍一看似乎很吓人， 但恐怕并非如此， 因为我们不会详细 分析该电路。 我想让大家 注意的是 可在此原理图上 看到的隔离类型。 有人能识别 此处所示的 不同隔离类型吗？ 首先，我们看到的是采用 变压器形式的磁性隔离， 允许在输入 和输出之间 无直接连接的情况下， 通过磁场传输能量。 我们还可看到采用 Y 电容器 形式的电容性隔离。 由于此电路的 两侧都将具有 不同的接地， 因此，我们看到 每一侧的噪声 底限将存在 内在差异。 此 Y 电容器会阻止 两侧的直流值， 并允许将 输出接地的 噪声交流值传输 回输入接地。 这会中断 接地回路噪声， 即电路两侧 之间的噪声 差异。 这些 Y 电容器的额定 电压达到几百伏特， 并可承受高达几千 伏特的瞬态。 最后，我们可以看到 光耦合器形式的 光学隔离。 此器件使用 IR LED 和光电探测器 跨越隔离壁垒 传输反馈信息。 总而言之， 磁性隔离 用于功率传输。 电容性隔离用于 平衡接地噪声。 光学隔离用于 传输信息。 在本例中，我们可以 穿过电路绘制一条线， 并查看隔离 边界的位置。 在左侧，我们有 标记为 PGND 的 高电压接地。 在右侧，我们有标记 GND 的较低电压。 我们今天要讨论的 五种类型分别是 反激式， 其最佳 有效操作点大约 为 100 瓦输出功率； Flybuck， 其工作范围 通常低于 10 瓦；正向， 其最佳操作范围 为 100 至 250 瓦； 半桥，其操作范围 约为几瓦至 几百瓦； 以及全桥，这种 类型的功率容量 最高，操作范围 为几百瓦至 几千瓦。 首先是反激式。 此类型的最佳有效操作 范围低于 100 瓦。 它能够升高或降低 输入电压或使其 反转。 它由三个 组件构成 -- FET、整流器 和变压器。 需要注意的是， 两个绕组的 极性相反， 由所示的点指示。 在打开期间， 变压器初级 传导电流 至峰值。 那么，次级侧 在此期间 会发生什么？ 次级绕组 具有负极性， 这意味着次级整流 二极管是反向 偏置的。 因此，没有电流 从次级绕组流到 负载。 因此，变压器 在此打开期间 会以磁场的形式积聚能量， 能量计算方程为 E=1/2L*I²。 现在，由于跨过 电感器的电压 与电流变化 速度成正比， vL 等于 Ldi dt， 因此，当开关断开时， 输入电流会下降， 斜率会变成负性， 绕组的极性 会发生反转。 发生这种情况后， 次级整流器 会变为正向 偏置，并开始 传导电流， 向负载传输能量。 在右侧，我们可以看到 在连续导通模式下 操作的 FET 和整流 二极管波形的示例。 在打开期间， 一半的输入电压 被反射到 整流器， 这意味着 D1 两侧的 电压应力将为 9.5 伏。 在关闭期间， 两倍的 Vout 加上二极管的 正向电压 被反射到 FET， 这意味着 Q1 上的 电压应力为 20.4。 这些数字是 根据初级 绕组匝数、次级绕组 匝数以及输入和 输出之间的关系 而获得的。 请注意，初级上有电流， 或者次级上有一半的 电流。 这是因为 初级绕组 与次级绕组之比为二比一。 在这一关系中， 电压从初级到 次级按 系数 2 下降， 但电流按系数 2 上升。 这就是您看到初级上 5 安培 跃升到次级上 10 安培的 原因。 反激可在两种不同 电流模式下工作， 即 DCM 和 CCM 模式， 分别代表断续导通模式 和连续导通模式。 断续模式 意味着变压器 在关闭期间 完全断电， 在下一个 周期之前， 电流波形达到零点， 从而使电流波形 不连续。 在连续导通模式下， 如波形中所示， 在开关周期期间， 电流永远不会降低到零。 变压器 持续磁化。 此拓扑的优点 是成本低廉。 它可通过额外的 绕组提供多个 次级输出。 总之， 反激式变压器 将会磁化， 在打开期间 充当负载， 并在关闭期间 消磁，充当 输出源。 接下来是 Flybuck， 在大约 10 瓦以下工作。 但等一下， 这是不是降压转换器？ 是的，没错， 但具有耦合电感器。 它不是反激式。 Flybuck 是一种 隔离式降压转换器， 它使用同步降压， 并具有耦合电感器绕组， 用于产生隔离式输出。 次级输出 与初级输出 电压非常接近， 因而无需 光耦合器或辅助 绕组，从而减小了 尺寸并降低了成本。 通过将输出滤波电感器 替换为耦合电感器 并使用二极管 和电容器 对次级绕组进行整流， 即可形成 Flybuck， 如此处所示。 如何操作？ 在打开期间，当 Q1 打开但 Q2 关闭时， 操作方式与升压类似。 但次级侧的 极性相反， 极性由点指示， 这意味着二极管 是反向偏置的且未导通。 在关闭期间，当 Q1 关闭但 Q2 打开时， 电流将开始下降， 并且次级上的电感器极性 将会翻转， 导致二极管 变为正向偏 置并向次级 输出输送功率。 但电流 始终流过 初级电感器。 总之， 在打开期间， 初级侧 Vout1 等于 Vin 乘以占空比。 次级绕组在此期间 反向偏置。 在关闭期间， 电感器上存储的能量 会驱动电流， 流过初级和次级绕组， 总共等于 磁化电流， 如右侧 所示。 Vout2 将等于 次级匝数 除以初级 匝数， 乘以输出电压， 减去二极管的正向压降。 整流器 D1 现在导通。 这是适用于低功能隔离式 电源的低成本小型解决 方案。 而且它能够 升高、降低或 反转次级的 输入电压。 接下来是正向转换器， 最适合在 100 瓦 到 250 瓦的输出之间工作。 这种隔离式转换器 基于降压转换器。 在开关 Q1 打开期间， 转换器从输入向输出 负载传输能量。 请注意，电感变压器 两侧的极性 相互匹配。 在关闭期间， 能量通过 输出电感器续流， 并且可在右侧 看到整流器 D2。 使用续流二极管 消除反激电压， 该电压是在供电电流 被中断或降低时出现的 尖峰。 在我们的反激 电路中，我们一般 在初级上使用阻尼器 来避免这一漏电尖峰。 在打开期间，整个 初级绕组内 都存在 Vin， 在变压器的 次级侧强制 Vin 乘以 次级与初级匝数比。 这个次级电压 将会通过电感器 生成磁化电流。 L1 次级侧的工作方式 类似于降压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁 电流通过偏置 或 D 磁化绕组， 以重置内核。 存在跨偏置 和初级串联 绕组的 输入电压。 因此，这意味着 FET Q1 一个需要承受 两倍的输入电压。 正向支持 比反激 更高的电流， 但反激 在较低电流下 支持更高的电压。 可以使用一个或 两个开关实现正向。 在我们到目前为止 一直讨论的单一开关 正向中， 存储在 初级电感中的 磁化能量将会通过 消磁绕组和 D 恢复到 输入源。在最一般的情况下， 初级和 消磁绕组 具有相同的匝数。 因此在关闭时， 电源开关必须 能够在 消磁期间 承受两倍的输入电压。 消磁和 初级绕组 必须紧密耦合 以降低电压尖峰， 因为在关闭电源时， 电源开关上会产生两倍 以上的理论 Vin。 在双开关正向中， 也称为非对称 半桥正向， 存储在初级 电感中的 磁化能量 会通过两个消磁二极管 D3 和 D4 自动恢复到 螺栓型电容器。 这两个电源开关 和消磁二极管 现在只需要承受 一倍的输入电压。 这允许在输出端 传输更高的功率。 有源箝位 是双开关形式的 另一种版本。 当 Q1 打开时， 它为初级绕组充电， 然后，当 Q2 打开时， 将磁化能量传输到钳位 电容器。 在该电容器 上的电压 变得高于 输入电压后， 由于电容器已预充电 至 Vin 除以 T off， 电流将开始 从该电容器 流回到大容量 输入电容器， 从而回收一部分能量。 有源钳位 技术允许 使用较低额定 电压的 MOS FET 并简化了自驱动 同步整流器的使用。 磁化和 泄漏能量 经回收后 返回到来源。 这些优势可以让 电源转换器设计人员 显著提高电源效率。 本幻灯片或表格上 所示的图形 总结了每种 电路的特性。 这里是半桥， 它是中高范围的功率输出 拓扑。 这是我们的第一款 对称转换器， 因为它始终使用 偶数个数的开关。 与全桥的情况相同。 此拓扑的 推荐操作范围 介于 250 和 500 瓦之间。 在左侧，我们可以 看到，两个开关 轮流交替。 每次转换之间 有死区时间时， 每个开关 轮流交替。 跨电源 串联的 电容器确定了一个中点， 以使开关承受 一倍 Vin 的电压。 在次级侧， 我们可以看到 跨 L1 产生磁化电流。 在关闭此开关后， 在关闭期间， 在次级上 将会产生 续流电流， 为输出供电。 另一种形式是 LLC 半桥。 它们基于 谐振逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐振 内容的交流电压 并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为 正弦波 或为分段 正弦波。 谐振 直流/直流转换器 能够为负载 提供直流电源， 并可通过对 固有逆变器的 交流输出进行 整流和滤波 来获得， 如下图所示。 上图是 电路本身的 更详细结构。 此处是 LLC 半桥。 它基于 固有逆变器 -- 也就是 将直流电压 转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说， 转换为低谐波交流 电压，并为负载提供 交流电源。 开关网络通常 产生方波电压， 应用于针对 方波基波分量 进行调谐的 谐振回路。 这样，回路将主要 响应此分量， 并忽视 较高阶的谐波， 以使其电压或 电流以及负载 基本上为正弦波 或为分段正弦波。 谐振直流/直流 转换器能够 为负载提供直流电源， 并可通过对谐振逆变器的 交流输出进行整流 和滤波来获得。 在电源路径中有 谐振电路的情况下， 可以将开关 配置为在波形 中的零电流或 电压点工作， 极大地降低 其应力水平。 谐振正弦波可以最大限度地 减少较高频率的谐波， 降低噪音等级。 由于电路 现在需要 电感和电容， 寄生元件 可以增强而不是 减损电路性能， 从而使 效率 比传统半桥 高得多。 此处可以 看到全桥， 最佳操作范围 从 400 瓦一直到几千瓦。 全桥基本上 是具有 双倍组件的 半桥，因此 能够处理 两倍的功率。 在对角的 Q1 和 Q3 FET 打开期间， 跨初级存在 Vin， 在变压器的 次级侧 强制 Vin 乘以次级与 初级的匝数比。 全桥传输的功率 是半桥的两倍。 Q2 和 Q4 必须能够 承受输入电压。 在关闭期间， 磁化能量 会迫使消磁电流 通过次级绕组。 每个次级得到 一半的电流， 因此内核上 不再有通量。 下一个周期 同样如此开始， 开关相反的对角 Q2 和 Q4 FET。 如果不了解隔离式电源设计 方面的适当背景知识， 这些隔离式电源可能 看起来让人生畏， 因此，我们设计了几种工具， 为我们和客户提供帮助 并提高速度。 为公众提供的 一些工具 包括 TI 的 Power Stage Designer， 它允许用户 输入有关 所需电源的信息 并根据这些输入 显示组件 波形和拓扑 建议。 用于快速查看信息的 另一个有用工具 是电源 拓扑图， 在 TI 的网站上 也向公共开放。 此图显示波形、 电压、电流 以及与各种拓扑相对应的 几种 TI 部件。 这两者都是 非常有用的工具。 我相信，如果您通过 考核认可了这些工具， 它们会极大地帮助您 为终端设备构建适当的 电源。 我的演示 就到这里。 希望大家都对 隔离有了一些 新认识。 非常感谢您投入宝贵的 时间，谢谢
大家好！
欢迎观看隔离式 拓扑简介演示。
此演示 主要针对
隔离式电源设计 领域的入门级受众。
因此，如果您还不熟悉 这个领域，请不要害怕，
因为本课程将对这些拓扑 进行简要的技术探讨。
在本演示中， 我们将回顾
隔离式电源中 常用的
五种拓扑 或电路架构。
今天的议程如下。
首先，我们将回顾什么是隔离 以及为什么使用隔离。
然后，我们将简要确定 不同类型的隔离。
最后，我们将 回顾一些
常用拓扑的功能和 最有效点功率范围。
那么，什么是隔离？
隔离是指 电路的
两个或更多个部件 之间的电气分隔。
比如说， 此电路的
左侧是高电压源。
如果我们触摸 此电路的右侧，
将会发生什么情况？
我们将会闭合电路 并可能触电。
因此，为了 避免这种情况，
我们中断了电路输入和 输出之间的连接。
但为了让电路 保持工作，
我们需要 通过某些方式
跨越开放区域传输电力， 在这种情况下，
磁场或变压器将会起作用。
尽管被分隔，变压器 仍然允许我们
在没有直接导线连接的情况下 将能量从一个电路耦合或传输到
另一个电路。
无论是对于 电气组件
还是对于 直接接触
电路的人员，隔离主要 用于确保安全。
磁性隔离 或变压器
是在两个电路 之间传输电力的
主要方式。
但也存在 其他类型的隔离，
比如电容性 光学隔离。
您眼前看到的幻灯片 乍一看似乎很吓人，
但恐怕并非如此， 因为我们不会详细
分析该电路。
我想让大家 注意的是
可在此原理图上 看到的隔离类型。
有人能识别 此处所示的
不同隔离类型吗？
首先，我们看到的是采用 变压器形式的磁性隔离，
允许在输入 和输出之间
无直接连接的情况下， 通过磁场传输能量。
我们还可看到采用 Y 电容器 形式的电容性隔离。
由于此电路的 两侧都将具有
不同的接地， 因此，我们看到
每一侧的噪声 底限将存在
内在差异。
此 Y 电容器会阻止 两侧的直流值，
并允许将 输出接地的
噪声交流值传输 回输入接地。
这会中断 接地回路噪声，
即电路两侧 之间的噪声
差异。
这些 Y 电容器的额定 电压达到几百伏特，
并可承受高达几千 伏特的瞬态。
最后，我们可以看到 光耦合器形式的
光学隔离。
此器件使用 IR LED 和光电探测器
跨越隔离壁垒 传输反馈信息。
总而言之， 磁性隔离
用于功率传输。
电容性隔离用于 平衡接地噪声。
光学隔离用于 传输信息。
在本例中，我们可以 穿过电路绘制一条线，
并查看隔离 边界的位置。
在左侧，我们有 标记为 PGND 的
高电压接地。
在右侧，我们有标记 GND 的较低电压。
我们今天要讨论的 五种类型分别是
反激式， 其最佳
有效操作点大约 为 100 瓦输出功率；
Flybuck， 其工作范围
通常低于 10 瓦；正向， 其最佳操作范围
为 100 至 250 瓦； 半桥，其操作范围
约为几瓦至 几百瓦；
以及全桥，这种 类型的功率容量
最高，操作范围 为几百瓦至
几千瓦。
首先是反激式。
此类型的最佳有效操作 范围低于 100 瓦。
它能够升高或降低 输入电压或使其
反转。
它由三个 组件构成 --
FET、整流器 和变压器。
需要注意的是， 两个绕组的
极性相反， 由所示的点指示。
在打开期间， 变压器初级
传导电流 至峰值。
那么，次级侧 在此期间
会发生什么？
次级绕组 具有负极性，
这意味着次级整流 二极管是反向
偏置的。
因此，没有电流 从次级绕组流到
负载。
因此，变压器 在此打开期间
会以磁场的形式积聚能量， 能量计算方程为
E=1/2L*I²。
现在，由于跨过 电感器的电压
与电流变化 速度成正比，
vL 等于 Ldi dt， 因此，当开关断开时，
输入电流会下降， 斜率会变成负性，
绕组的极性 会发生反转。
发生这种情况后， 次级整流器
会变为正向 偏置，并开始
传导电流， 向负载传输能量。
在右侧，我们可以看到 在连续导通模式下
操作的 FET 和整流 二极管波形的示例。
在打开期间， 一半的输入电压
被反射到 整流器，
这意味着 D1 两侧的 电压应力将为 9.5 伏。
在关闭期间， 两倍的 Vout
加上二极管的 正向电压
被反射到 FET， 这意味着 Q1 上的
电压应力为 20.4。
这些数字是 根据初级
绕组匝数、次级绕组 匝数以及输入和
输出之间的关系 而获得的。
请注意，初级上有电流， 或者次级上有一半的
电流。
这是因为 初级绕组
与次级绕组之比为二比一。
在这一关系中， 电压从初级到
次级按 系数 2 下降，
但电流按系数 2 上升。
这就是您看到初级上 5 安培 跃升到次级上 10 安培的
原因。
反激可在两种不同 电流模式下工作，
即 DCM 和 CCM 模式， 分别代表断续导通模式
和连续导通模式。
断续模式 意味着变压器
在关闭期间 完全断电，
在下一个 周期之前，
电流波形达到零点， 从而使电流波形
不连续。
在连续导通模式下， 如波形中所示，
在开关周期期间， 电流永远不会降低到零。
变压器 持续磁化。
此拓扑的优点 是成本低廉。
它可通过额外的 绕组提供多个
次级输出。
总之， 反激式变压器
将会磁化， 在打开期间
充当负载， 并在关闭期间
消磁，充当 输出源。
接下来是 Flybuck， 在大约 10 瓦以下工作。
但等一下， 这是不是降压转换器？
是的，没错， 但具有耦合电感器。
它不是反激式。
Flybuck 是一种 隔离式降压转换器，
它使用同步降压， 并具有耦合电感器绕组，
用于产生隔离式输出。
次级输出 与初级输出
电压非常接近， 因而无需
光耦合器或辅助 绕组，从而减小了
尺寸并降低了成本。
通过将输出滤波电感器 替换为耦合电感器
并使用二极管 和电容器
对次级绕组进行整流， 即可形成 Flybuck，
如此处所示。
如何操作？
在打开期间，当 Q1 打开但 Q2 关闭时，
操作方式与升压类似。
但次级侧的 极性相反，
极性由点指示， 这意味着二极管
是反向偏置的且未导通。
在关闭期间，当 Q1 关闭但 Q2 打开时，
电流将开始下降， 并且次级上的电感器极性
将会翻转， 导致二极管
变为正向偏 置并向次级
输出输送功率。
但电流 始终流过
初级电感器。
总之， 在打开期间，
初级侧 Vout1
等于 Vin 乘以占空比。
次级绕组在此期间 反向偏置。
在关闭期间， 电感器上存储的能量
会驱动电流， 流过初级和次级绕组，
总共等于 磁化电流，
如右侧 所示。
Vout2 将等于 次级匝数
除以初级 匝数，
乘以输出电压， 减去二极管的正向压降。
整流器 D1 现在导通。
这是适用于低功能隔离式 电源的低成本小型解决
方案。
而且它能够 升高、降低或
反转次级的 输入电压。
接下来是正向转换器， 最适合在 100 瓦
到 250 瓦的输出之间工作。
这种隔离式转换器 基于降压转换器。
在开关 Q1 打开期间，
转换器从输入向输出 负载传输能量。
请注意，电感变压器 两侧的极性
相互匹配。
在关闭期间， 能量通过
输出电感器续流， 并且可在右侧
看到整流器 D2。
使用续流二极管 消除反激电压，
该电压是在供电电流 被中断或降低时出现的
尖峰。
在我们的反激 电路中，我们一般
在初级上使用阻尼器 来避免这一漏电尖峰。
在打开期间，整个 初级绕组内
都存在 Vin， 在变压器的
次级侧强制 Vin 乘以 次级与初级匝数比。
这个次级电压 将会通过电感器
生成磁化电流。
L1 次级侧的工作方式 类似于降压。
在关闭期间， 磁化能量
会迫使消磁 电流通过偏置
或 D 磁化绕组， 以重置内核。
存在跨偏置 和初级串联
绕组的 输入电压。
因此，这意味着 FET Q1 一个需要承受
两倍的输入电压。
正向支持 比反激
更高的电流， 但反激
在较低电流下 支持更高的电压。
可以使用一个或 两个开关实现正向。
在我们到目前为止 一直讨论的单一开关
正向中， 存储在
初级电感中的 磁化能量将会通过
消磁绕组和 D 恢复到 输入源。在最一般的情况下，
初级和 消磁绕组
具有相同的匝数。
因此在关闭时， 电源开关必须
能够在 消磁期间
承受两倍的输入电压。
消磁和 初级绕组
必须紧密耦合 以降低电压尖峰，
因为在关闭电源时， 电源开关上会产生两倍
以上的理论 Vin。
在双开关正向中， 也称为非对称
半桥正向， 存储在初级
电感中的 磁化能量
会通过两个消磁二极管 D3 和 D4 自动恢复到
螺栓型电容器。
这两个电源开关 和消磁二极管
现在只需要承受 一倍的输入电压。
这允许在输出端 传输更高的功率。
有源箝位 是双开关形式的
另一种版本。
当 Q1 打开时， 它为初级绕组充电，
然后，当 Q2 打开时， 将磁化能量传输到钳位
电容器。
在该电容器 上的电压
变得高于 输入电压后，
由于电容器已预充电 至 Vin 除以 T off，
电流将开始 从该电容器
流回到大容量 输入电容器，
从而回收一部分能量。
有源钳位 技术允许
使用较低额定 电压的 MOS FET
并简化了自驱动 同步整流器的使用。
磁化和 泄漏能量
经回收后 返回到来源。
这些优势可以让 电源转换器设计人员
显著提高电源效率。
本幻灯片或表格上 所示的图形
总结了每种 电路的特性。
这里是半桥， 它是中高范围的功率输出
拓扑。
这是我们的第一款 对称转换器，
因为它始终使用 偶数个数的开关。
与全桥的情况相同。
此拓扑的 推荐操作范围
介于 250 和 500 瓦之间。
在左侧，我们可以 看到，两个开关
轮流交替。
每次转换之间 有死区时间时，
每个开关 轮流交替。
跨电源 串联的
电容器确定了一个中点， 以使开关承受
一倍 Vin 的电压。
在次级侧， 我们可以看到
跨 L1 产生磁化电流。
在关闭此开关后， 在关闭期间，
在次级上 将会产生
续流电流， 为输出供电。
另一种形式是 LLC 半桥。
它们基于 谐振逆变器 --
也就是 将直流电压
转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说，
转换为低谐振 内容的交流电压
并为负载提供 交流电源。
开关网络通常 产生方波电压，
应用于针对 方波基波分量
进行调谐的 谐振回路。
这样，回路将主要 响应此分量，
并忽视 较高阶的谐波，
以使其电压或 电流以及负载
基本上为 正弦波
或为分段 正弦波。
谐振 直流/直流转换器
能够为负载 提供直流电源，
并可通过对 固有逆变器的
交流输出进行 整流和滤波
来获得， 如下图所示。
上图是 电路本身的
更详细结构。
此处是 LLC 半桥。
它基于 固有逆变器 --
也就是 将直流电压
转换为正弦电压的 系统 -- 更一般地说，
转换为低谐波交流 电压，并为负载提供
交流电源。
开关网络通常 产生方波电压，
应用于针对 方波基波分量
进行调谐的 谐振回路。
这样，回路将主要 响应此分量，
并忽视 较高阶的谐波，
以使其电压或 电流以及负载
基本上为正弦波 或为分段正弦波。
谐振直流/直流 转换器能够
为负载提供直流电源， 并可通过对谐振逆变器的
交流输出进行整流 和滤波来获得。
在电源路径中有 谐振电路的情况下，
可以将开关 配置为在波形
中的零电流或 电压点工作，
极大地降低 其应力水平。
谐振正弦波可以最大限度地 减少较高频率的谐波，
降低噪音等级。
由于电路 现在需要
电感和电容， 寄生元件
可以增强而不是 减损电路性能，
从而使 效率
比传统半桥 高得多。
此处可以 看到全桥，
最佳操作范围 从 400 瓦一直到几千瓦。
全桥基本上 是具有
双倍组件的 半桥，因此
能够处理 两倍的功率。
在对角的 Q1 和 Q3 FET 打开期间，
跨初级存在 Vin， 在变压器的
次级侧 强制 Vin
乘以次级与 初级的匝数比。
全桥传输的功率 是半桥的两倍。
Q2 和 Q4 必须能够 承受输入电压。
在关闭期间， 磁化能量
会迫使消磁电流 通过次级绕组。
每个次级得到 一半的电流，
因此内核上 不再有通量。
下一个周期 同样如此开始，
开关相反的对角 Q2 和 Q4 FET。
如果不了解隔离式电源设计 方面的适当背景知识，
这些隔离式电源可能 看起来让人生畏，
因此，我们设计了几种工具， 为我们和客户提供帮助
并提高速度。
为公众提供的 一些工具
包括 TI 的 Power Stage Designer，
它允许用户 输入有关
所需电源的信息 并根据这些输入
显示组件 波形和拓扑
建议。
用于快速查看信息的 另一个有用工具
是电源 拓扑图，
在 TI 的网站上 也向公共开放。
此图显示波形、 电压、电流
以及与各种拓扑相对应的 几种 TI 部件。
这两者都是 非常有用的工具。
我相信，如果您通过 考核认可了这些工具，
它们会极大地帮助您 为终端设备构建适当的
电源。
我的演示 就到这里。
希望大家都对 隔离有了一些
新认识。
非常感谢您投入宝贵的 时间，谢谢
手机看
扫码用手机观看
-
未学习 隔离拓扑简介
00:16:08
播放中
视频简介
隔离拓扑简介
所属课程：隔离拓扑简介
发布时间：2019.03.11
视频集数：1
本节视频时长：00:16:08
关于隔离电源和一些隔离拓扑的入门级演示。
