電路設計專欄 — PD + Flyback

發表日期:2014/09/04    本文瀏覽次數:16,429次

在網通產品當VOUT 與 VIN 比例過小時,或者電路需要隔離式電源轉換,且瓦特數30瓦以內,常見選擇 Flyback (反馳式),例如VIN=DC48V / VOUT=5V。下圖藍色註解為一次側導通的主電流路徑,及零件極性紅色註解為二次側導通的主電流路徑,及零件極性。Flyback 隔離式變壓器除了扮演電壓隔離與轉換的功能,且有儲能功能。當一次側導通時,能量儲存在變壓器內,能量未傳遞到二次側,此時由 COUT 提供負載所需電流。當二次側導通(一次側關閉),能量才傳遞到二次側,提供負載所需電流並且對 COUT 充電。

forward and flyback

 

Powered Device + Flyback 電路圖

powered device flyback

Bridge Diode:PSE 透過 Data Pair 傳遞能量時,並沒有設定哪一端為正或負。在 PD 端經過 Bridge Diode 無論怎樣的電壓極性輸入,確保上面為正。
Poly Switch:非一次斷的過電流保護,減少人工替換保險絲成本,過電流保護多為串聯方式。
TVS:Transient Voltage Suppressor 過電壓保護,多為並聯方式。
CMC:Common Mode Choke 遏制共模雜訊 for EMI。
PD:Powered Device,在 PoE (Power Over Ethernet) 介面下接收電源的原件,PSE (Power Sourcing Equipment) 為提供電源的設備。
PWM:Pulse Width Modulation。反馳式 (Flyback) 直流電源轉換 IC 透過調整脈衝寬度,驅動開關功率晶體。
RCLASS設定 PoE 供電瓦特數等級
ROSC設定 IC 切換頻率 (Switching Frequency)
External Pre-Regulator:在 Flyback IC 尚未導通,DC Bias Winding (直流線圈) 尚未供電時,由此或者 RSTART 提供 Flyback IC 所需電源。
Third (DC) Winding:從二次側線圈感應能量到直流偏壓線圈,提供 PWM IC 所需直流電源。
一次側 Snubber消除電源變壓器一次側漏感所造成的 Spike,不同組合有不同的成本及抑制 Spike 能力,除了對 EMI 有影響,也影響一次側 MOS 的 VDS 規格。
Primary MOS:一次側開關。
Gate Drive R:調整一次側開關能力,影響效率跟 EMI。
Current Sense R:精密電阻電流偵測,因電阻值非常小,要注意 PCB 所造成的寄生阻值。
Power transformer:Flyback 電源變壓器除了扮演隔離電壓轉換功能,也有儲能功能,所以須磨 Air Gap。如果是 Forward 則只是扮演隔離電壓轉換功能,並沒有儲能功能,所以不需要磨 Air Gap。
二次側 Switch:如果是非同步,則選擇 Schottky Rectifier。如果是同步則需選擇 power MOS,另外需要一組隔離式的驅動路徑。
二次側 Snubber:消除電源變壓器二次側漏感所造成的 Spike,一般選擇 RC 即可。
COUT影響Ripple Voltage、Transient Voltage、Stable、Efficiency..,在Flyback ICOUT,RIPPLE > IINT,RIPPLE。與降壓式(Buck)相反。
Divide Resistor:搭配431 or 432,分壓電阻設定輸出電壓。
Shunt Regulator:常見型號為431 or 432,提供一個參考電壓源。
Compensation:穩定電路補償。
Low Speed Photo-coupler:提供一個隔離式路徑迴授輸出訊號可透過BJT的R設定增益 (Gain),在 PES 的 I2C 需透過 High Speed Photo-Coupler 傳遞資訊。
跨1 & 2側 EMI 電容:主要功能改善 EMI,且必須過 Hi-Pot 測試。

Flyback 連續導通模式動作原理

flyback ccm operation

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