淺談電源供應器在主動鉗位(Active-Clamp)與半橋共振(LLC)的線路設計參考專欄II:脈波輸入式與直流輸入式轉換器(DC to DC)的比較

2020-05-07

個人電腦的交換式電源供應器為多組輸出電壓設計,其中主輸出12V電流最大,是電源供應器設計的重點,次要的3.3V和5V輸出電流則較小,一般會採用直流轉換器(DC to DC)提高電源供應器輸出電壓穩定度將12V降壓至3.3V和5V供電給電腦使用。一般直流轉換器(DC to DC)依其輸入源可區分成兩類,一、脈波輸入式直流轉換器,可以調變直流脈波輸入的週期寬度達成直流轉換的目的,唯控制方法相對複雜,且應用限制多是用於順向式轉換器架構(Forward Topology)線路設計,二、直流輸入式直流轉換器,是由控制器(PWM)調整波寬達成直流轉換的目的,控制方法相對單純並被廣泛應用在多種不同的線路架構。

 

以下圖一和圖二介紹主動鉗位(Active- Clamp)所使用脈波輸入式直流轉換器的方法,圖一的線路設計通常用於輸出電壓精度小於5%的規格要求,將12V和5V的回授綁在一齊並共用一個儲能電感,讓3.3V採用脈波輸入式直流轉換器達到高精度控制,可使用一顆FSP6601控制IC。圖二的線路設計架構則是用於輸出電壓控制精度要求更嚴謹的高端產品,脈波源由12V的變壓器中間抽頭提供給5V和3.3V脈波輸入式直流轉換,採用兩顆FSP6601控制IC設計有獨立的回授可達到輸出電壓高精度要求。

 

全漢企業投入研發FSP6601專用IC來滿足控制技巧的要求方能讓它可實現應用,因為5V 和3.3V電流未經過12V電感與電容,分析採用脈波輸入式直流轉換器優點為效率高且不會影響到12V的漣波表現,加上控制技巧則是12V輸出必須操作在連續電流模式(Constant Current Mode)且設計上要有逆電流限制功能,能在12V無載情況下提供穩定脈波源(Vin),再者5V和3.3V脈波調變或過載控制均為前緣方式,因為控制技巧非常規直流轉換控制器所擁有的功能。上述控制技巧可證明採用脈波輸入式直流轉換器不會有偏載時穩壓不好的問題。

 圖一 : 12V&5V common,3.3V DC/DC

圖二 : 12V main, 5V&3.3V DC/DC

圖一和圖二的操作波型可增進了解脈波輸入式直流轉換器基本原理。

另一種稱為直流輸入式直流轉換器,它可應用於半橋共振(LLC)電路架構將12V轉換成5V和3.3V輸出(如圖三所示),基本上是將5V和3.3V直流轉換器掛在12V輸出上,由12V直接供應直流轉換器電流,因為顧慮到直流轉換器的脈衝電流會影響12V的漣波表現,通常會加上一組由電感和固態電容構成的低通濾波器,用來改善漣波造成的影響,然而有低通濾波器必將帶來額外的耗損也影響整體效率。

 

綜合全文後可得知主動鉗位(Active-Clamp)所用的脈波輸入式直流轉換器,絕對不像磁放大器那樣簡單的設計,更不會有偏載或零負載不穩定的現象,它的優點是既可以改善效率又不牽扯12V端複雜的直流輸入式轉換器,應屬於較佳的線路對策才是。

圖三 : LLC架構下12V轉5V&3.3V直流轉換器

全漢企業的電源供應器產品齊全,主動鉗位(Active-Clamp)與半橋共振(LLC)的線路設計被廣泛使用在我們的產品範疇裏,以客觀的評論分享輸出電容設計考量。

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