高功率电气隔离电源设计：正向转换器的优势

在电气隔离电源设计中，反激式转换器因其简单的设计而被广泛使用。然而，随着功率需求的增加，反激式转换器的局限性逐渐显现。正向转换器作为一种替代方案，不仅能够提供更高的功率，还能在某些方面优化电源性能。电源管理芯片代理商-中芯巨能将为您介绍正向转换器的设计原理、优势以及适用场景。

反激式转换器的局限性

反激式转换器的设计非常简单，通常采用一个反激式控制器，如 ADP1071。其工作原理是通过变压器存储能量，并在开关关闭时释放能量。这种设计在低功率应用中表现出色，但在高功率应用中存在明显局限。由于变压器需要存储大量能量，其体积和成本会随着功率的增加而显著上升。在大多数应用中，反激式转换器的功率上限约为 60 W。

正向转换器的设计与优势

正向转换器是一种更适合高功率应用的电气隔离电源拓扑。与反激式转换器不同，正向转换器在工作时，变压器的初级和次级电流是同步的。这意味着变压器不需要存储大量能量，从而可以显著减小变压器的体积和成本。正向转换器的设计概念如图 1 所示。

正向转换器的另一个优势是其输出电压的纹波较低。由于正向转换器通常需要在输出端增加一个额外的电感 L1，这有助于进一步降低输出电压的纹波，提高电源的稳定性。

正向转换器的设计挑战

尽管正向转换器具有诸多优势，但其设计也面临一些挑战。例如，为了避免变压器线圈在每个周期无意地存储电能，需要采用有源箝位布线，如图 1 中的开关 Q4 和电容 CC。此外，正向转换器的设计需要更复杂的控制逻辑，以确保变压器在开关关闭期间能够完全放电，避免变压器饱和。

ADP1074：正向转换器的高效解决方案

为了简化正向转换器的设计，推荐使用ADP1074，这是一款专为有源钳位正向转换器设计的电流模式控制器。ADP1074 提供了非常紧凑的设计解决方案，能够实现高效的电源管理。

ADP1074 的主要特性包括：

集成绝缘电压：提供 5 kV（宽体 SOIC 封装）或 3.0 kV（LGA 封装）的绝缘电压，采用 ADI 的 iCoupler 专利技术。

宽电源电压范围：主面 VIN 高达 60 V，辅面 VDD2 高达 36 V。

集成 MOSFET 驱动器：用于电源开关和有源钳位复位开关的集成 1 A 主面 MOSFET 驱动器，以及用于同步整流的集成 1 A 辅面 MOSFET 驱动器。

高精度控制：集成误差放大器和 <1% 精密基准电压，确保输出电压的高精度。

灵活的编程功能：提供可编程斜率补偿、频率范围（50 kHz 至 600 kHz）、频率同步、最大占空比限值、软启动、死区时间等，满足不同应用场景的需求。

省电模式：通过 MODE 引脚实现省电轻负载模式，优化低功率运行效率。

适用场景与建议

正向转换器适用于需要高于 60 W 功率的电气隔离电源应用。即使在功率等级低于 60 W 时，正向转换器在某些情况下也比反激式转换器更具优势，尤其是在对输出电压纹波和电源效率有较高要求的场景中。为了更简单地确定使用哪种拓扑，建议使用免费电路模拟器 LTspice 进行模拟仿真，以优化设计。

总结

正向转换器作为一种高效的电气隔离电源拓扑，能够提供更高的功率和更低的输出电压纹波。尽管其设计相对复杂，但通过使用像 ADP1074 这样的高性能控制器，可以显著简化设计过程，提高电源的可靠性和效率。无论是在高功率工业应用还是对性能要求较高的低功率场景中，正向转换器都是一个值得考虑的解决方案。

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