回掃拓樸結(jié)構(gòu)是設計多輸出分離開關(guān)電源及 48 伏輸入電信應用方案最常用的拓樸結(jié)構(gòu)。下文介紹如何利用高效率的 LM3488 低邊 N 通道電流模式控制器設計成本低廉的斷續(xù)式回掃開關(guān)穩(wěn)壓器。 　　回掃轉(zhuǎn)換器基本上是一種降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。 　　單式電感器可以分為兩個并行連接的電感器，其線圈匝數(shù)為 1:1。分開之后，電感器的基本功能不會改變，而同一核心的兩個并行線圈相等于一個線圈。如果兩個線圈之間的連接中斷，晶體管導電時電流便流經(jīng) L1 線圈，但當二極管導電時電流便流經(jīng)另一線圈 L2。 　　變壓器初級線圈上的點與次級線圈上的點剛好處于相反位置，從這個特征我們可以立即肯定所采用的是回掃拓樸結(jié)構(gòu)。拓樸結(jié)構(gòu)的最大問題是電感器兼變壓器的設計，因為這個電感器兼變壓器既負責儲存能量，也負責執(zhí)行變壓器的功能。它與理論上的典型變壓器不同，電流不會同時流入兩個線圈。 　　產(chǎn)生磁化作用的初級線圈與原本的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器的電感器都以同一方式產(chǎn)生電感。當晶體管導電時，來自直流電電源的電力會儲存在 L1。當二極管導電時，電力便會傳送到輸出電容器及負載。 　　斷續(xù)模式與連續(xù)模式的優(yōu)劣比較 　　回掃轉(zhuǎn)換器有兩種不同的操作模式，即斷續(xù)模式及連續(xù)模式。這兩個模式都有相同的電路圖。顯示變壓器初級線圈及次級線圈的電流波形。 　　若輸出電流提高至超過某一水平時，根據(jù)原本設計需采用斷續(xù)模式的電路會改用連續(xù)模式。 　　以斷續(xù)模式操作時，啟動期間儲存在初級線圈的所有電能會在下一周期開始前全部傳送到次級線圈及負載。次級線圈的電流降至"0"而另一周期還未開始時的短短一瞬間也會出現(xiàn)一段空檔時間。以連續(xù)模式操作時，每當另一周期開始時都會有部分電力保留在次級線圈內(nèi)。 　　回掃轉(zhuǎn)換器可以采用任何一種模式操作，但每一模式各有不同的功能特色。斷續(xù)模式的峰值電流較高，因此可以在開關(guān)關(guān)閉后輸出較高的尖峰電壓，但其負載瞬態(tài)響應則較快，初級電感也較低，因此變壓器的外型可以較小。由于輸入反向電壓之前的正向電流為"0"，因此二極管的反向恢復時間并非那么重要。此外，晶體管啟動時其集電極電流為"0"，有助減低斷續(xù)模式的電磁干擾噪音。至于連續(xù)模式，雖然其峰值電流較低，令輸出的尖峰電壓也較低，但低功率應用方案也很少采用這種連續(xù)模式，因為轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換函數(shù)的右半平面為"0"，使帶寬不得不大幅壓縮，以穩(wěn)定反饋環(huán)路。 　　電壓模式控制與電流模式控制的比較 　　電壓模式控制電路只采用一個反饋環(huán)路。采用該模式的脈沖寬度調(diào)制電路。圖中的振蕩器負責利用外置電容器的固定電流產(chǎn)生固定的鋸齒形三角波形 Vst。誤差放大器則負責比較輸出電壓的反饋與參考電壓，并根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生誤差電壓 Ve。電壓比較器則負責比較 Ve 與 Vst。若 Vst 比誤差電壓 Ve 高，脈沖寬度調(diào)制輸出也會較高。 　　電壓模式控制功能不能控制輸出電流，因此負載瞬態(tài)必須通過輸出電壓的轉(zhuǎn)變感測出來，并利用反饋環(huán)路加以校正。電流模式控制功能的優(yōu)點是可以控制同一電路的輸出電流及輸出電壓。只要改變功率晶體管的占空比，便可提供線路及電流瞬態(tài)響應。輸出電壓誤差 Ve 及鋸齒形波形 Vst 都可決定占空比的大小，而鋸齒形波形 Vst 則由外置傳感電流電阻器輸出電感電流而產(chǎn)生。由于電流模式控制功能除了可為每周期提供電流限幅之外，還可提供卓越的帶寬及瞬態(tài)響應，因此是較為理想的選擇。 基本操作 　　采用 LM3488 的典型回掃轉(zhuǎn)換器設計， Vo1 是這個電路的主輸出，而 Vo2 與 Vo3 則是其從屬輸出。從屬輸出會隨著線路的轉(zhuǎn)變而調(diào)節(jié)，以確保電壓穩(wěn)定，也會隨著負載的轉(zhuǎn)變而酌量調(diào)節(jié)，以確保電壓穩(wěn)定。 　　Q 啟動時，Np 會產(chǎn)生固定電壓，而電流會按照線性的函數(shù)方式上升，其速率可用以下公式表達： 　　dI/dt = （Vin 1/Lp） 　　而 Lp 為初級線圈磁化電感 　　啟動完結(jié)時，初級線圈電流已上升到 Ip-peak=（Vin 1）Ton/Lp。在啟動 （Ton） 時，儲存在電感器的電力可用以下公式表達： 　　E:=｛L_｛p｝ （I_｛p-peak｝）｝︿｛2｝\over｛2｝ 　　當 Q 關(guān)閉時，初級線圈的電感會將所有線圈的極性逆轉(zhuǎn)過來。 　　假設只有一個輸出，初級線圈的所有能量理論上應該會在關(guān)閉的一瞬間傳送到次級線圈。次級線圈的最高電流相等于 Is-peak = Ip-peak N，其中 N 是初級線圈與次級線圈之間的匝數(shù)比 （Np/Ns） 。 　　傳送到輸出的電功率為： 　　P:=｛E｝\over｛T｝=｛[（V_｛in｝-1） T_｛on｝]｝︿｛2｝\over｛2 T L_｛p｝｝ 　　其中 　　T 是指相等于 1/開關(guān)頻率的時間 　　Ton 是指開啟時間 　　回掃環(huán)路將 Vin Ton 乘積固定在某一水平，以確保輸出電壓保持穩(wěn)定。 　　變壓器設計 　　理論上，變壓器不應儲存能量，所有能量都會立即由初級線圈傳到次級線圈。 　　回掃變壓器可用作儲存能量的裝置。開關(guān)啟動之后，大部分能量都會儲存在變壓器的初級電感之中。開關(guān)關(guān)閉后，能量便會傳送到次級線圈以及輸出電容器與負載。能量儲存在核心的空氣間隙，若采用的是透磁合金粉核心，能量則儲存在核心之內(nèi)。 　　電感變壓器在設計上應力求將泄漏電感、交流電線圈損耗及核心損耗減至最低。泄漏電感屬于不會與次級電感互相耦合的初級電感部分。由于泄漏電感一方面會減低變壓器的效率，而另一方面又會在開關(guān)芯片的漏極產(chǎn)生峰值，因此必須注意將泄漏電感減至最少。 　　高線圈損耗主要由趨膚效應所引起。頻率越高，電流便越傾向流向?qū)щ婓w的表面，因此在一般情況下都會采用編織線或薄片線圈。編織線通常用幾條細小的電線絞合而成，而幾條編織線可再絞合一起編織成更粗的絞合線。 　　核心的窗形口應開得越闊越好，以減少層數(shù)，使交流電線圈損耗及泄漏電感可以減至最低。內(nèi)部設有空氣間隙的 E 類核心是產(chǎn)生低成本及低泄漏電感的首選解決方案。 　　核心損耗取決于核心物料、開關(guān)頻率及電流擺幅。對于采用斷續(xù)導電設計而開關(guān)頻率超過 100 kHz 的回掃變壓器來說，鐵氧體 P 物料通常是首選物料，因為這種物料可以降低核心損耗。 　　工作頻率 　　LM3488 驅(qū)動器的工作頻率范圍較為廣闊，可在 100 kHz 至 1 MHz 的開關(guān)頻率范圍內(nèi)工作。 　　我們?yōu)殡娫垂鬟x擇工作頻率時，應詳細考慮開關(guān)損耗、變壓器總體損耗、磁性元件的外型大小、成本以及輸出電容器等不同因素，力求各方面的優(yōu)點都能充分發(fā)揮出來。 　　高開關(guān)頻率會降低輸出電容以及初級和次級線圈的電感，因此有助縮小變壓器的體積。 　　但高開關(guān)頻率也同樣會增加變壓器的損耗及開關(guān)器的開關(guān)損耗。高損耗會降低電源供應器的總體效率，以致需要加大散熱器才能散發(fā)積聚的大量熱能。