電流隔離是設計用于高壓或靠近人類的應用中電源的關鍵要求。反激式轉換器提供有效的隔離式電源解決方案，但可能存在重大的設計挑戰，以確保在寬負載范圍內穩定輸出。

為了幫助克服這些挑戰，我們將描述問題，然后使用特定的模型轉換器例如，為了實現成功的設計，需要考慮一些因素。

與基于反激式拓撲結構生產高效電源相關的挑戰需要電力設計專家的知識。今天，對更快，更簡單的設計交付的需求加劇了使用傳統方法的難度。對于設計人員而言，較新的集成器件（如ROHM BD7F系列）可為更復雜的設計提供有效的解決方案，縮短產品上市時間。

在轉換器拓撲結構中，反激式轉換器提供隔離，甚至需要相對較少的部件在離散設計中。從根本上說，反激式轉換器是一種利用變壓器的降壓 - 升壓轉換器。雖然反激式轉換器的開關拓撲可實現輸出調節，但其變壓器提供電流隔離，并允許您通過選擇合適的繞組比來選擇輸入/輸出電壓比。

反激反饋

In操作時，反激變換器變壓器初級側的電流會使能量存儲在變壓器中。當轉換器的電源開關關閉時，存儲的能量將傳輸到輸出。為了調節其輸出，反激式轉換器使用反饋電路，將輸出電壓電平與所需電壓值進行比較，并相應地調整輸出。為了隔離反饋回路本身，傳統的隔離式反激式電源使用光耦合器（圖1上）或變壓器的輔助繞組（圖1底部）。

圖1：傳統的反激式轉換器使用光耦合器（頂部）或輔助繞組（底部）隔離的反饋回路調節其輸出。 （圖片來源：德州儀器）

高度集成的反激式控制器的出現為需要創建更小的隔離電源的任何人提供了顯著的優勢。雖然與許多替代解決方案相比，這些控制器減少了部件數量，但它們確實需要外部FET作為電源開關。控制器驅動外部FET來控制電源的輸出電壓。

相比之下，德州儀器LM5001（圖1）等轉換器集成了FET開關，可進一步減少部件數量和更小總溶液尺寸。這種更高的集成度是有代價的，因為內部FET開關限制了轉換器可以處理的最大電壓和峰值電流。例如，LM5001轉換器的電壓和電流限制分別為75 V和1 A.

然而，對于許多移動和物聯網設計，最近的轉換器，如ROHM Semiconductor BD7F200（10 W） 24 VIN輸出和BD7F100（24 VIN輸出5 W）提供了更加引人注目的優勢，它們能夠進一步簡化設計并更加顯著地減少部件數量。

這種減少是可能的，因為這些設備能夠檢測來自初級側的次級側電壓和電流，無需單獨的光耦合器或帶有三級繞組的變壓器。因此，您可以僅使用簡單的變壓器和一些額外的無源元件來創建高效的隔離電源（圖2）。

圖2：ROHM BD7F隔離轉換器使用初級側檢測來調節電壓輸出。 （圖片來源：ROHM Semiconductor）

基于這些部件的隔離式反激式轉換器設計可提供更大的尺寸減小，可靠性和節能效果。為了加速開發，ROHM提供了一個完全配置的評估板，幫助客戶將這些集成解決方案應用到他們自己的設計中（圖3）。

圖3： ROHM Semiconductor BD7F100HFN-EVK-001評估套件。 （圖像來源：ROHM Semiconductor）

單片轉換器

傳統的反激式轉換器設計通常使用誤差放大器來校正其輸出電壓。相比之下，BD7F系列采用了一種基于比較器的稱為自適應ON-Time控制的方法。在工作期間，電路通過將其內部參考電壓與其SW端子處監控的反饋電壓進行比較來確定ON和OFF時間（圖4）。

圖4：ROHM BD7F系列自適應ON-Time控制器依靠比較器檢測初級側反饋電壓，根據需要調整開關占空比，以保持穩定的輸出電壓。 （圖像來源：ROHM Semiconductor）

自適應導通時間控制方法在輸出穩定性方面具有顯著優勢。事實上，這些器件能夠在1 A的負載電流和100μs的上升時間內將輸出電壓波動限制在200 mV。因此，這些器件可以快速響應負載瞬變，從而降低輸出波動（圖5）。

圖5：自適應ON-Time控制方法用于ROHM BD7F隔離轉換器有助于確保在負載瞬變（上部波形）期間輸出電壓波動（較低波形）限制在約200 mV。 （圖片來源：ROHM Semiconductor）

使用這種控制方法，轉換器最終根據以下內容提供VOUT：

等式1：

其中

RFB是FB-SW端子之間的外部電阻

RREF是REF-AGND端子之間的外部電阻

NP是變壓器初級側的匝數

NS是變壓器次級側的匝數

VREF是REF端子電壓

VF是輸出二極管的正向電壓VF

IS是次級變壓器電流

ESR是次級側的總阻抗

值得注意的是該公式中說明的結果是，您可以通過選擇合適的變壓器初級和次級匝數比，并通過調整電阻RFB和RREF的比率來部分設置輸出電壓。

方程式進一步圖示說明輸出電壓電平也受到確定的輸出電壓誤差的影響由VF和ESR。通過選擇具有小VF的肖特基勢壘二極管可以減少該誤差。然而，ESR更難控制，因為它是次級側的總阻抗，包括變壓器線繞電阻和印刷電路板阻抗。

即使采用最佳二極管選擇和仔細的ESR管理，在您的應用中可能會出現輸出電壓誤差，從而導致負載調節不良。為了降低這些固有誤差源的影響，BD7F器件具有內部負載補償功能，可顯著改善器件輸出電流范圍內的輸出調節。

負載補償系數通過電阻設置電容器連接到器件的COMP引腳。電容CCOMP有助于穩定VCOMP（見圖4）。 ROHM建議使用0.01μF至0.1μF的CCOMP值。在選擇RCOMP時，可以使用以下等式估算所需的電阻值：

方程式2：

其中：

RVFis二極管正向電阻，近似于由于Is

ESR是次級側的總阻抗

K是壓縮放大倍數（在這種情況下定義為1/50k）

RFB是外部電阻FB-SW端子之間

NP是變壓器初級側的匝數

NS是變壓器次級側的匝數

雖然該等式為RCOMP提供了理論值，各種電阻（RVF，RFB和ESR）取決于設計，元件和印刷電路板的細節。因此，您需要通過測量應用的負載電流范圍內的VOUT并相應地調整RCOMP來確定RCOMP的實際值。

實際考慮因素

除了它的許多優點外，反激式還原拓撲結構確實存在缺點。在電源開關的漏極和次級整流器處經常會出現大的瞬態電壓尖峰。這些電壓尖峰來自變壓器固有的漏電感，該漏電感與存儲在不完美耦合繞組中的少量能量有關。

在BD7F器件中，當發生尖峰或發生尖峰時，SW引腳會發生振鈴。集成MOSFET關閉。此外，當MOSFET導通時，輸出二極管中可能出現反向尖峰電壓。因此，您通常需要添加一個簡單的緩沖電路來控制漏感的影響并提高電源的可靠性。

結論

反激式轉換器拓撲提供隔離和需要相對較少的額外組件來產生相當有效的電源。然而，用于調節這些轉換器的傳統方法需要使用光耦合器或帶有三級繞組的復雜變壓器。

相比之下，較新的集成轉換器（如ROHM BD7F系列）可實現輸出電壓調節，而無需額外的這些組件。使用這些器件，可以使用更少的附加元件創建高效的隔離電源，在更小的占地面積內提供更高的可靠性。