ZHCAB40A October 2020 – July 2022 LMR36520

2 Fly-Buck 轉換器器件運行

圖 2-1 通用 Fly-Buck? 轉換器電路圖

簡單來說，Fly-Buck? 轉換器是一款使用耦合電感器和隔離式次級輸出替換電感器的同步降壓轉換器。初級側輸出端仍舊像典型降壓轉換器那樣進行調節，并且從輸入端到初級輸出端的理想傳遞函數如下：

Equation1.

V_{o u t 1} = \frac{t_{o n}}{t_{o n} + t_{o f f}} \times V_{i n} = D \times V_{i n}

耦合電感器的次級繞組用作次級輸出端的源，其最簡單的形式由一個整流二極管和一個輸出電容器組成。可在次級輸出端添加更多組件來優化其性能。更多詳細信息，請參閱 Topic Link Label3。將整流二極管和次級輸出電容器相結合，可以為次級負載提供直流輸出電壓，該電壓通過Equation2 確定：

Equation2.

V_{o u t 2} = (V_{o u t 1} \times \frac{N_{2}}{N_{1}}) - V_{f}

耦合電感器或變壓器可實現初級輸出與次級輸出之間的電氣隔離，即次級側相對于初級側懸空。電氣隔離確保用戶能夠受到保護，不會因為器件輸入端可能出現的危險高壓而受到傷害。需要注意的是，相對于隔離接地，次級輸出電壓可以是正的或負的，只需更改隔離接地位置即可。如圖 2-2 所示。

圖 2-2 具有反相次級側的 Fly-Buck? 轉換器

圖 2-3 Fly-Buck? 轉換器穩態波形

圖 2-3 顯示了 Fly-Buck? 轉換器的典型穩態波形。在導通時間期間，高側 (HS) MOSFET 處于導通狀態，就好像短路一樣。這意味著，SW 節點電壓等于輸入電壓，而耦合電感器初級側的電壓 V_L = V_IN - V_OUT。這是降壓轉換器，即 V_IN > V_OUT，因此 V_L 在導通期間為正。次級繞組上的感應電壓為：

Equation3.

V_{L 2} = V_{L 1} \times (\frac{N_{2}}{N_{1}})

按照點規定，次級繞組同名端的電壓為正，因為電流會流進初級繞組的同名端。這意味著，整流二極管反向偏置，因為其陽極上的電壓相對于隔離地為負，而電流會通過輸出電容器施加于次級負載。導通期間該二極管上的反向偏置電壓可通過以下公式計算得出：

Equation4.

V_{D} = V_{o u t 2} + (\frac{N_{2}}{N_{1}}) \times (V_{i n} - V_{o u t 1})

在關斷期間，由于 LS 或低側 MOSFET 導通，SW 節點電壓會被拉低至 GND 電勢。得到的初級繞組電壓為：

Equation5.

V_{L 1} = - V_{o u t 1}

按照導通期間相同的步驟，次級繞組同名端上的感應電壓現在為負，這會導致整流二極管正向偏置。次級繞組現在用作電流源，因為它將能量從初級側傳遞到次級負載。與正常降壓操作中發生的情況類似，此電流的直流部分會提供給次級負載，而該電流的交流部分會給次級輸出電容器充電。