對微功耗和低功耗應(yīng)用（<1W 至數(shù)十瓦）的需求不斷增長，這推動了進一步減小解決方案尺寸和設(shè)計復(fù)雜性的需求。為了滿足這些需求，無光耦合器或“無光”反激式設(shè)計正成為首選拓撲。由于其相對簡單的設(shè)計和較少的組件數(shù)量，反激式拓撲是隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的絕佳選擇。

傳統(tǒng)上，隔離式 DC/DC 反激式轉(zhuǎn)換器使用光耦合器或第三個變壓器繞組來實現(xiàn)適當?shù)木€路調(diào)節(jié)。不幸的是，這導(dǎo)致了更復(fù)雜的設(shè)計、增加的物料清單 (BOM) 成本以及對更多 PCB 空間的需求。較新的“無光”反激式方法通過直接從初級側(cè)反激波形采樣隔離輸出電壓來使用初級側(cè)調(diào)節(jié)。這提供了一個隔離式反激式電路，無需光耦合器或第三個變壓器繞組，而二次側(cè)輸出電壓調(diào)節(jié)通常需要這些繞組。這種簡化的變壓器配置為新設(shè)計提供了使用各種緊湊型現(xiàn)成變壓器以及 Coilcraft 耦合電感器的可能性。

在這篇博文中，我們將探討如何通過開發(fā)結(jié)合了 Maxim 無光反激式轉(zhuǎn)換器 IC 和 Coilcraft 反激式變壓器的解決方案來簡化設(shè)計、重新獲得 PCB 空間并降低 BOM 成本。

流行的反激式拓撲非常適合低功耗 DC/DC 轉(zhuǎn)換

反激式拓撲是設(shè)計適合低功率應(yīng)用的隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的一種歷史悠久且受歡迎的方法。低功率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，從 5W 到 20W，應(yīng)用廣泛，尤其需要為工業(yè)自動化系統(tǒng)、過程控制器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電。開發(fā)人員還在同樣廣泛的電池供電設(shè)備（例如手持式檢測裝置和智能手機）中使用緊湊型微功率 <1W DC/DC 轉(zhuǎn)換器。反激式轉(zhuǎn)換器采用與降壓/升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器類似的開關(guān)方法，但不是使用單個電感器，而是通過具有初級和次級繞組的變壓器實現(xiàn)電流隔離。變壓比決定輸出電壓是小于還是大于輸入電壓。控制器集成電路 (IC) 驅(qū)動初級變壓器繞組，開關(guān)頻率通常可調(diào)，以針對所需負載條件實現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)換效率。嚴格調(diào)節(jié)輸出電壓通常是控制器 IC 的一個關(guān)鍵屬性，但保持初級與次級隔離不允許來自次級側(cè)的直接反饋連接。通常，使用以下兩種方法之一作為隔離反饋環(huán)路來調(diào)節(jié)次級輸出電壓：但是保持初級到次級的隔離不允許來自次級側(cè)的直接反饋連接。通常，使用以下兩種方法之一作為隔離反饋環(huán)路來調(diào)節(jié)次級輸出電壓：但是保持初級到次級的隔離不允許來自次級側(cè)的直接反饋連接。通常，使用以下兩種方法之一作為隔離反饋環(huán)路來調(diào)節(jié)次級輸出電壓：

光耦

變壓器上的第三個繞組

光耦合器方法提供了最佳的電壓和電流調(diào)節(jié)，但會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器設(shè)計中包含額外的組件，這些組件都需要電路板空間。對于線路調(diào)節(jié)不那么重要的應(yīng)用，第三種變壓器繞組方法就足夠了。

縮小電路板空間需要更低的 BOM

盡管光耦合器方法在電壓和電流調(diào)節(jié)方面具有優(yōu)勢，但光耦合器的可靠性特性和所需的附加組件往往會顯著縮短設(shè)計的平均故障間隔時間 (MTBF)。在當今空間受限的設(shè)備中，尤其是在工業(yè)自動化控制柜中，需要在給定的電路板空間中安裝更多電子設(shè)備，這促使開發(fā)人員重新考慮調(diào)節(jié)輸出電壓的方法。從變壓器的初級側(cè)獲取反饋電壓似乎是一種謹慎、準確且具有成本效益的解決方案。然而，在初級側(cè)的反激“關(guān)閉”階段通過變壓器檢測反射的次級輸出有很多好處。

無光反激方法的優(yōu)勢

采用非基于光的轉(zhuǎn)換器方法有幾個優(yōu)點。這種方法的一個優(yōu)點是它通過減少許多組件（例如光耦合器、去耦電容器和驅(qū)動光耦合器所需的其他次級側(cè)器件）來極大地簡化設(shè)計。減少元件數(shù)量不僅意味著節(jié)省寶貴的電路板空間，而且還具有提高 MTBF 可靠性等級的額外好處。此外，更少的組件導(dǎo)致更低的 BOM 成本。非基于光的轉(zhuǎn)換器方法的另一個優(yōu)點是還可以簡化變壓器設(shè)計，使其更加緊湊，并且在使用第三繞組提供反饋電壓的情況下，開發(fā)人員可以使用更小的變壓器。

Maxim MAX17690 無光反激式控制器 IC

Maxim MAX17690是無光隔離反激式控制器 IC 的絕佳示例。MAX17690 具有 4.5V 至 60V 的輸入電壓范圍和 50kHz 至 250kHz 的可編程開關(guān)頻率范圍，可以驅(qū)動初級側(cè)標準或邏輯電平 MOSFET，如圖 1所示的示例應(yīng)用所示. 它具有 2A/4A 峰值源/灌柵極驅(qū)動電流能力、輸入使能/欠壓鎖定功能和輸入過壓保護。該控制器采用緊湊、節(jié)省空間的 16 引腳 3mm x 3mm TQFN 封裝，還具有可編程軟啟動功能，可限制啟動期間的浪涌電流。圖 1 突出顯示了一個低 BOM 設(shè)計，其中包含一個 1:0.22 變壓器，可從 18V 至 36V 范圍內(nèi)的輸入提供隔離式穩(wěn)壓 5V、1A 輸出。MAX17690 可在所有負載和線路變化范圍內(nèi)實現(xiàn) +/-5% 的輸出電壓調(diào)節(jié)。在 IC 中，一種算法根據(jù)反激階段初級側(cè)繞組的電壓準確計算輸出電壓。

圖 1：使用 Maxim MAX17690 從 18V 至 36V 輸入創(chuàng)建 5V、1A 輸出的應(yīng)用示例。（來源：Maxim）

除了 MAX17690 之外，還有另外兩款隔離式無光反激式控制器 IC 可供選擇。MAX17686采用 10 引腳 3mm x 2mm TDFN 封裝，使用片內(nèi)開關(guān) MOSFET 提供高達 5W 的輸出功率和 90% 的峰值效率。稍大的MAX17687可以提供高達10W的輸出。

設(shè)計原型

在為中低隔離式 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用開發(fā)空間封閉設(shè)計時， Coilcraft YA9280-AL反激式變壓器是搭配薄型 Maxim MAX17690 無光反激式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 的理想選擇。這款薄型變壓器針對與 MAX17690 的參考設(shè)計MAXREFDES1226一起使用進行了優(yōu)化，僅占用 13.0mm x 12.0mm x 6.5mm 的電路板空間，并具有高峰值初級繞組電流。初級到次級隔離為 1,500Vrms，與類似的變壓器相比，該設(shè)備體積小 30%，外形小 6.2 毫米。YA9280-AL 是 Coilcraft 最新推出的緊湊型、高效無光反激變壓器綜合低功耗產(chǎn)品組合（圖 2）。

圖 2：高度緊湊、薄型的 Coilcraft YA9280-AL 反激式變壓器在沒有輔助繞組的簡單設(shè)計中提供嚴格的輸出調(diào)節(jié)。（來源：線藝）

Maxim MAXREFDES1226 參考設(shè)計是評估基于 MAX17690 的隔離式無光反激轉(zhuǎn)換器原型的理想平臺。

用于 MAX17960 無光反激式控制器 IC 的 Maxim MAXREFDES1226 參考設(shè)計使用 Coilcraft YA9280-AL 薄型緊湊型變壓器。

該參考設(shè)計從 18V 至 36V 范圍內(nèi)的直流電源提供單個隔離式穩(wěn)壓 5V、1.5A (7.5W) 輸出。

Robert Huntley 是一位獲得 HND 資格的工程師和技術(shù)作家。憑借他在電信、導(dǎo)航系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用工程方面的背景，他代表 Mouser Electronics 撰寫了各種技術(shù)和實用文章。