作者：德州儀器 Xiang Fang

Fly-Buck? 轉(zhuǎn)換器拓撲被公認為是一種多功能的隔離式偏置電源，其在各類應(yīng)用中得到了越來越多的關(guān)注。同步降壓轉(zhuǎn)換器可以配置成 Fly-Buck，但并非所有控制方法都能簡單應(yīng)用于這種拓撲。

圖 1. 紋波注入網(wǎng)絡(luò) Rr、Cr 和 Cac

LM5017 是一款支持恒定導通時間 （COT） 控制的 100V 同步降壓穩(wěn)壓器，特別適合 Fly-Buck。COT 不需要補償網(wǎng)絡(luò)，可簡化 Fly-Buck 設(shè)計，而且 Fly-Buck 的設(shè)計流程與普通降壓設(shè)計或多或少有些相似。LM5017 產(chǎn)品頁面上有很多設(shè)計實例。不過，有個問題還是會被經(jīng)常問起：如何設(shè)計穩(wěn)定的 COT Fly-Buck？答案可能很簡單，但背后的解釋可能則會很復(fù)雜。我們將通過兩篇文章加以說明：本文我們將重點討論技術(shù)分析，第二篇文章則將針對設(shè)計進行逐步指導。

顧名思義，占空導通時間是在給定輸入電壓下進行 COT 控制時的固定常數(shù)。關(guān)斷時間可通過反饋引腳電壓 （Vfb） 紋波來調(diào)制：當 Vfb 低于內(nèi)部參考電壓 （Vref） 時，就會觸發(fā)下一個周期開關(guān)。紋波注入網(wǎng)絡(luò)（如圖 1 所示）通常用來生成 Vfb 紋波，因為它不僅可避免對輸出紋波的依賴，而且還允許將低 ESR 陶瓷電容器用作輸出電容器。注入紋波可仿真電感器電流紋波，其幅值約為：

由于在 Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器中變壓器的磁化電流與降壓穩(wěn)壓器中的三角波形相同，因此設(shè)計 Fly-Buck 的紋波注入網(wǎng)絡(luò)與降壓轉(zhuǎn)換器的相關(guān)設(shè)計相同。

關(guān)斷時間會隨 Vfb 紋波信號變化而變化，以對 COT 控制輸出進行穩(wěn)壓，因此它不能被視為恒定頻率控制系統(tǒng)。在電流模式與電壓模式控制法中將系統(tǒng)近似為非時變的經(jīng)典小信號模型在這里并不適用。這就是為什么 COT 控制的傳輸函數(shù)不能像其它控制法那樣被明確導出的原因所在。在文獻中，描述函數(shù)的方法可用來對 COT 控制進行建模。偏移問題相當復(fù)雜，已超出了本文所討論的范圍，不過通過分析得到的穩(wěn)定性標準可簡化為：。這個不等式不是很直觀，但能看出幾個問題。Rr×Cr 項與注入紋波幅值成反比，說明大量紋波可帶來穩(wěn)定的穩(wěn)壓效果。不過，添加至反饋信號的 AC 紋波會導致不良 DC 漂移，因此應(yīng)使其適當保持為較小值。對于 LM5017 而言，在反饋引腳位置需要最低 25mV 的紋波。此外，從不等式還可以看出，增大電感和輸出電容有助于滿足該標準要求。電感器通常由紋波電流和開關(guān)頻率等其它電源技術(shù)參數(shù)決定，而輸出電容可能更便于調(diào)節(jié)。應(yīng)采用足夠的電容，而且不能忽略 DC 偏置對降低陶瓷電容的影響。

紋波注入網(wǎng)絡(luò)的第三個組件是 AC 耦合電容器 Cac。它可為 FB 引腳旁路生成紋波的 AC 組分，而且它不是一個會對開關(guān)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的重要組件。Cac 和反饋電阻分壓器 RFBT 與 RFBB 可形成高通濾波器，其截止頻率 （Fc） 應(yīng)該足夠低才能讓紋波通過。推薦的 Fc 值可設(shè)定為小于開關(guān)頻率的 1/10，即：

。較小的 Cac 有助于獲得更快的瞬態(tài)，建議將 Cac 設(shè)定為小于 Cr。同樣，這里的影響很小，而且 Cac 值在設(shè)計中并不是關(guān)鍵所在。

簡而言之，采用 LM5017 COT 降壓穩(wěn)壓器的 Fly-Buck 設(shè)計可歸結(jié)為三個不等式，用以檢查穩(wěn)定性：

1. 穩(wěn)定性標準：

2. 紋波電壓要求：

3. 紋波 AC 耦合要求：

請注意，Ton（max） 和 Dmax 都發(fā)生在最低 Vin 條件下。在實際 Fly-Buck 設(shè)計中，只有第一個穩(wěn)定性標準是關(guān)鍵項，應(yīng)留出一些裕量。在設(shè)計 Fly-Buck 時，先從紋波注入網(wǎng)絡(luò)的一些初始值開始，對以上三個不等式進行檢查，然后對電路參數(shù)進行相應(yīng)調(diào)節(jié)和迭代。在下一部分中，我們將針對在 Fly-Buck 設(shè)計中實施這些內(nèi)容進行逐步指導。還有什么問題嗎？