阻隔式偏置电源轨在测验和丈量设备、进程操控、电信体系、楼宇基础设施、以及工业自动化体系中很常见。传统上，阻隔式电源的规划是一个冗长而又庸俗的进程，因为其间触及环路补偿、光耦合器、额定的绕组、和/或许初级侧电源轨。与低功率级比较，其间触及的作业量、杂乱度、解决方案尺度、以及本钱都过高。
这份白皮书将为您介绍：Fly-Buck转化器可通过规划简略，简略运用，本钱合算的办法生成多个阻隔式电源轨。本文给出了不同运用范畴内的实践示例，以显现根据Fly-Buck的办法在功率高达15W的低功率阻隔式规划方面的有效性。这些示例有助于规划人员找到那些与特定偏置功率要求附近似的解决方案。文中引证的规划示例和资源能够协助规划人员更有决心的在体系中规划并运转阻隔式电源解决方案。
现代电子体系中的阻隔式电源轨
现代电子体系包含许多的散布式电源轨；这些电源轨为多种数字和模仿电路供电。许多体系或子体系，特别是那些需求人工干预的体系，为了确保它们的安全性，需求将它们与主电源阻隔开来。这些体系包含工业进程操控、楼宇自动化、电信基础设施体系、以及医疗设备，以及其他一些体系。图1至6给出了几个运用了阻隔式电源轨的体系示例。Fly-Buck转化器办法是更简略的办法，在这些体系和其它类似运用中生成偏置电源轨。
一个常见运用范畴便是工厂自动化，其间的一个24V DC电源轨或许一个定制的以太网供电 (PoE) 组成了体系散布式电源主干的一部分（图1）。散布于整个体系中的操控和传感器块需求由偏置电源供电；而这些偏置电源要与主电源总线阻隔开来。参阅规划1中包含一个为可编程逻辑操控器 (PLC) I/O模块供电的完好规划。
图1.工业运用中的阻隔式电源轨
别的一个常见的运用范畴是阻隔式DC/DC转化器或电机操控中的栅极驱动偏置电源。MOSFET、IGBT，或根据碳化硅 (SiC) 的功率级需求阻隔式电源轨作为驱动器，以及操控电路供电；而这些驱动器或操控电路或许与电源不在同一侧，而是坐落阻隔鸿沟的另一侧。高侧驱动器还需求起浮偏置电源轨；这些电源轨用高达数百伏电压与低侧电源轨别离开来（图2）。参阅规划2是一个完好的，针对3相电机操控体系的Fly-Buck偏置电源规划。
图2. IBGT/SiC/MOSFET栅极驱动偏置电源轨
图3显现的是具有初级和次级驱动器偏置电源的电信DC/DC转化器。这个次级侧操控器电源源自一个单个Fly-Buck转化器。参阅规划3是针对这个偏置电源的完好参阅规划。
图3.电信DC/DC转化器偏置电源
医疗设备一般需求阻隔功用，以确保病患和操作人员的人身安全。阻隔式转化器运用的别的一个范畴便是为许多高功能运算放大器 (op amp) 和其它放大器类型生成双极电源。阻隔式输出常常被用于生成其间一个电源轨（图4）。
图4.用于外表的双极 () 电源轨
别的，变压器阻隔还常用于降压-升压运用或电压稳定器。在这些运用中，输入电压在标称电源轨电压的上下大幅动摇。运用变压器能够简化稳压器规划，其原因在于变压器被用来升压，而开关DC/DC转化器可被用来调理电压。相关于运用非阻隔式转化器，运用变压器的拓扑可更易生成低功率、降压-升压转化器（图5）。
图5.低功率降压-升压转化器/电源轨稳定器
图6显现的是一个具有-48V电源轨的电信体系。其间需求一个5V/500mA电源轨；此电源轨并不是以体系回来电源轨 (-48V) 为基准，而是相关于接地。一个阻隔式电源能够轻易地从-48V输入电源轨中生成一个正（或负）电平位移电源轨。
图6.电平位移电源轨
创立阻隔式电源轨
这一部分将介绍几个常用的阻隔式电源轨生成办法，以及每个办法的优缺点。
生成阻隔式电源轨的其间一个办法便是运用反激式转化器。在10-100W的功率范围内，反激式的确是创立阻隔式电源的一种非常合算的办法。但是，反激式拓扑规划相对杂乱。为了完成稳定性，它常常需求触及到与补偿规划有关的杂乱规划进程。它还需求针对电压稳压的阻隔式反应，而完成稳压需求一个额定的变压器绕组或光耦合器。功率级自身关于变压器走漏电感非常灵敏。这就需求精密的缓冲器规划，能够将开关节点的电压尖峰限定在一个合理的值。因而，关于电子体系中常用到的功率相对较低的电源轨，反激式解决方案一般就显得过于杂乱了。简言之，关于低功率偏置电源规划来说（10W或更低），反激式不是一个适宜的拓扑。
生成阻隔式偏置电源轨的别的一个常见办法便是运用一个驱动器和变压器电路，比如说，一个具有中心抽头变压器的推挽驱动器。当输入电源通过稳压，而且功率要求很低时 (1-2W)，这个开环路办法会比较有用。关于多变或许功率级较高的输入电源轨来说，变压器驱动器办法在电路杂乱度和/或功能方面没有什么吸引力。
关于具有主功率级的体系，可运用主电力转化级的辅佐绕组来生成辅佐偏置电源。这个进程现已被有经历的规划人员长期运用。这样能够取得具有本钱有效性的解决方案，不过这一办法也会使得主功率级的规划因偏置电源的规划与主电源规划混合在一起而变得杂乱。此外，这个办法只在为主电源生成偏置电源时，以及/或许在主电源周围生成偏置电源时有用。
什么是Fly-BuckTM转化器？
Fly-Buck转化器是一个同步降压转化器，其间的电感器被耦合电感器或反激式变压器所替代。次级输出电压 (VOUT2) 由一个对次级绕组进行整流的二极管生成。如图7所示，当同步开关 (Q2) 接通时，初级输出电容器 (COUT1) 在每个开关周期内对次级输出%&&&&&%器 (COUT2) 充电。
图7. 一个Fly-Buck转化器的运转
要取得Fly-Buck转化器的具体阐明和作业原理，请拜见参阅文献4。
Fly-Buck转化器的长处
Fly-Buck转化器是一个初级侧稳压 (PSR)拓扑。它无需阻隔式输出感测，然后避免了关于额定变压器绕组或光耦合器的需求。如表格1中所示，因为其间具有一个包含了集成高侧和低侧开关的65V/100V Fly-Buck系列，运用Fly-Buck进行的阻隔式偏置电源规划往往变得愈加简略，尺度也愈加细巧。
假如运用一起需求阻隔式和非阻隔式电源轨，Fly-Buck拓扑便是一个具有高本钱有效性的解决方案。能够在不添加额定体系开支的情况下运用Fly-Buck转化器（从实质上说，它是一个降压转化器）的初级输出。
关于需求多个阻隔式电源轨的体系，因为能够运用变压器中的剩余绕组来创立额定输出，而又不会对整个规划进程发生任何影响，Fly-Buck是一个比较抱负的选择。而关于多个阻隔式输出来说，专用阻隔式反应环路的优势就会大打折扣，其原因在于阻隔环路仅仅改进了一个输出的稳压。参阅文献1-3内有一个具有3、4、8个电源轨的完好Fly-Buck解决方案。
Fly-Buck变压器常常运用接近于对称的匝数比。一般能够运用匝数比为1:1或1:1.5。一般情况下，具有匹配匝数比的变压器愈加细巧。相对来说，反激式规划的匝数比往往是非常不匹配的。
正是因为它的这些长处和简略性，Fly-Buck转化器的功能往往会跟着功率级的添加而下降。因为无源次级侧稳压，Fly-Buck只能被运用于功率较低的情况下。图8中显现的是Fly-Buck解决方案在哪些方面比其它办法更具有吸引力。
图8.针对不同功率等级所主张的阻隔式转化器类型
影响Fly-Buck稳压的要素
Fly-Buck转化器运用一个闭合环路操控器来调理初级输出电压 (VOUT1)。次级输出 (VOUT2) 由变压器（磁性）耦合，从初级输出进步行直接调理。次级输出稳压是无源的或许是开环的。以下电路参数会对次级输出稳压发生影响：
- 绕组走漏电感
- 绕组电阻
- 同步开关RDSON
为了完成更好的次级输出 (VOUT2) 稳压，需求选择一个低走漏（更高耦合度）变压器。1%或许更低的走漏电感是一个比较合理的规划方针。
Fly-Buck变压器或耦合电感器
Fly-Buck拓扑中运用的变压器是一个耦合电感器或是一个反激式变压器。它就像降压转化器中的一个电感器相同贮存能量。正激式、半桥、或全桥拓扑中运用的变压器不贮存能量，或许贮存的能量能够忽略不计，而且不适用于Fly-Buck拓扑。
规划或选择Fly-Buck磁性元件的最简略直接的办法便是将它看作是一个电感器。一般情况下，（耦合）电感器的选择是根据电感值、匝数比、以及饱和电流额定值的，而变压器的规划或选型运用比如伏秒积、磁通密度、匝数、磁芯体积，以及许多其它参数。大多数工程师更喜爱运用电感和峰值电流额定值等电气量，而不是磁丈量。将Fly-Buck变压器视为一个耦合电感器有助于规划人员将注意力放在电路方面。只要在需求定制变压器时才需求了解变压器规划的细节。
许多磁性元件厂商供给Fly-Buck变压器。参阅文献5内有一个主张变压器产品型号列表，以及运用这些产品的参阅规划。此外，还有许多现成在售的耦合电感器可用于Fly-Buck规划。任何一款具有适宜匝数比的反激式变压器也可用在Fly-Buck规划中。
Fly-Buck转化器能够处理多大功率？
Fly-Buck拓扑在低侧开关（同步整流器）导电时将电力传输至次级。在操控开关的占空比 (D=TON/T) 添加时，同步开关的占空比削减 (1-D)。关于一个指定的均匀次级电流，次级绕组内的峰值电流、初级绕组和同步整流器内的峰值反射电流添加。因为流入变压器大电流，以及开关阻抗的原因，稳压将会遭到影响。这个阻抗由绕组的电阻和走漏电感，以及同步开关内的电阻组成。
为了坚持杰出稳压，Fly-Buck转化器的占空比应该坚持在50%以下 (D ½)。这就为Fly-Buck转化器的实践运用设定了一个最大输出功率限值。在较低的输入电压下，可用功率跟着输入电压呈线性添加。在较高输入电压下，功率输出遭到部件的最大电流才能和输出电压的约束。初级侧上15V的最大输出电压 (VOUT1) 一般能够满意大多数实践运用的需求。用户能够依照图9中数据为TI的Fly-Buck转化器选择最大输出功率（它是最小作业输入电压的函数）。
图9.Fly-Buck转化器的最大输出功率
定论
Fly-Buck拓扑是一种操作简易，能创立阻隔式、双极、或多电源轨电源的办法。潜在的运用范畴包含工业自动化、楼宇基础设施、电信设备、医疗设备、以及测验和丈量体系。相关于其它那些触及反激式，或分立式变压器驱动器，或许针对低功率偏置电源规划的推挽办法，Fly-Buck拓扑具有多个优势。TI充沛供给的Fly-Buck稳压器%&&&&&%产品能够支撑高达100V的电源轨，然后满意了工业和电信运用的需求。此外，数款现成可用的规划还能够大大削减了阻隔式偏置电源解决方案的规划时刻、作业量，以及所需的专业知识。
参阅文献
1.参阅规划PMP7993.1：运用LM5017 FlyBuck为PLC I/O模块供电
2.参阅规划TIDA-00199：用于三相逆变器的宽输入阻隔型IGBT栅极驱动Fly-Buck电源-参阅规划
3.参阅规划PMP7798.1：低功耗阻隔式电源 24V => 5V，LM5017
4.Choudhary，Vijay. AN-2292规划一个阻隔式降压 (Fly-Buck) 转化器，德州仪器 (TI) 运用阐明书，2014年12月
5.Kollman，Robert. 为Fly-Buck转化器选择适宜的匝数比，EETimes，2014年2月18日
6.下载这些数据表：LM5160A，LM5017，LM5018，LM5019
7.Choudhary，Vijay. Fly-Buck转化器PCB布局布线技巧，TI Power House，2014年4月1日
8.Choudhary，Vijay. 阻隔式电源何时需求Fly-Buck？ECN，2014年8月4日
9.Xiang Fang与Wei Liu，产品入门：Fly-Buck在不运用光耦合器的情况下，在降压转化器中添加经杰出稳压的阻隔式输出，EDN，2014年4月6日
10.现成可用的Fly-Buck参阅规划
11.这里有关于Fly-Buck和宽VIN解决方案的更多信息
