浅谈电源供应器在主动钳位(Active-Clamp)与半桥共振(LLC)的线路设计参考专栏II:脉波输入式与直流输入式转换器(DC to DC)的比较

2020-05-07

个人电脑的交换式电源供应器為多组输出电压设计,其中主输出12V电流最大,是电源供应器设计的重点,次要的3.3V和5V输出电流则较小,一般会採用直流转换器(DC to DC)提高电源供应器输出电压稳定度将12V降压至3.3V和5V供电给电脑使用。一般直流转换器(DC to DC)依其输入源可区分成两类,一、脉波输入式直流转换器,可以调变直流脉波输入的週期宽度达成直流转换的目的,唯控制方法相对复杂,且应用限制多是用於顺向式转换器架构(Forward Topology)线路设计,二、直流输入式直流转换器,是由控制器(PWM)调整波宽达成直流转换的目的,控制方法相对单纯并被广泛应用在多种不同的线路架构。

 

以下图一和图二介绍主动钳位(Active- Clamp)所使用脉波输入式直流转换器的方法,图一的线路设计通常用於输出电压精度小於5%的规格要求,将12V和5V的回授绑在一齐并共用一个储能电感,让3.3V採用脉波输入式直流转换器达到高精度控制,可使用一颗FSP6601控制IC。图二的线路设计架构则是用於输出电压控制精度要求更严谨的高端产品,脉波源由12V的变压器中间抽头提供给5V和3.3V脉波输入式直流转换,採用两颗FSP6601控制IC设计有独立的回授可达到输出电压高精度要求。

 

全汉企业投入研发FSP6601专用IC来满足控制技巧的要求方能让它可实现应用,因為5V 和3.3V电流未经过12V电感与电容,分析採用脉波输入式直流转换器优点為效率高且不会影响到12V的涟波表现,加上控制技巧则是12V输出必须操作在连续电流模式(Constant Current Mode)且设计上要有逆电流限制功能,能在12V无载情况下提供稳定脉波源(Vin),再者5V和3.3V脉波调变或过载控制均為前缘方式,因為控制技巧非常规直流转换控制器所拥有的功能。上述控制技巧可证明採用脉波输入式直流转换器不会有偏载时稳压不好的问题。

 图一 : 12V&5V common,3.3V DC/DC

图二 : 12V main, 5V&3.3V DC/DC

图一和图二的操作波型可增进了解脉波输入式直流转换器基本原理。

另一种称為直流输入式直流转换器,它可应用於半桥共振(LLC)电路架构将12V转换成5V和3.3V输出(如图叁所示),基本上是将5V和3.3V直流转换器掛在12V输出上,由12V直接供应直流转换器电流,因為顾虑到直流转换器的脉衝电流会影响12V的涟波表现,通常会加上一组由电感和固态电容构成的低通滤波器,用来改善涟波造成的影响,然而有低通滤波器必将带来额外的耗损也影响整体效率。

 

综合全文后可得知主动钳位(Active-Clamp)所用的脉波输入式直流转换器,绝对不像磁放大器那样简单的设计,更不会有偏载或零负载不稳定的现象,它的优点是既可以改善效率又不牵扯12V端复杂的直流输入式转换器,应属於较佳的线路对策才是。

图叁 : LLC架构下12V转5V&3.3V直流转换器

全汉企业的电源供应器产品齐全,主动钳位(Active-Clamp)与半桥共振(LLC)的线路设计被广泛使用在我们的产品范畴里,以客观的评论分享输出电容设计考量。

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