在這篇文章分享 Fly-Buck 的軟/靜音開關(guān)特性的細節(jié)，這有助于在隔離中實現(xiàn)更高的效率、更低的電磁干擾 (EMI) 和更小的解決方案尺寸DC/DC 偏置應(yīng)用。

為什么反激/降壓開關(guān)很吵

在反激式拓撲中，開關(guān)兩端的直流電壓應(yīng)力為 V IN + V OUT /N。除此直流電壓應(yīng)力外，變壓器漏感引起的高頻振鈴在開關(guān)關(guān)斷時增加了更多應(yīng)力；（圖 1[a]）。初級側(cè)通常需要一個電阻-電容-二極管 (RCD) 緩沖器來鉗制和抑制開關(guān)節(jié)點處的振鈴（圖 1[b]）。

圖 1：反激拓撲：簡化波形 (a) 和典型反激電路 (b)

在設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器時，通過使用與低側(cè)開關(guān)并聯(lián)的 RC 緩沖器來最小化開關(guān)節(jié)點處的高頻振鈴也很常見，如圖 2(a) 所示。在降壓拓撲中，振鈴發(fā)生在高端開關(guān)開啟的時刻，如圖 2(b) 所示。印刷電路板 (PCB) 走線電感和低側(cè)體二極管的反向恢復(fù)特性都會影響振鈴量。

圖 2：降壓拓撲：典型的同步降壓電路 (a) 和簡化波形 (b)

軟/安靜的 Fly-Buck 切換

在Fly-Buck 拓撲中，低側(cè)開關(guān)輕柔地開啟，因為低側(cè)體二極管在開關(guān)開啟之前導(dǎo)通。儲存在變壓器漏感中的能量總是有流出的路徑。高側(cè)開關(guān)安靜地切換，因為低側(cè)體二極管在高側(cè)開關(guān)打開之前被反向偏置。由于低側(cè)體二極管是反向偏置的，所以當(dāng)高側(cè)開關(guān)打開時沒有反向恢復(fù)電流流動。

開關(guān)兩端的直流電壓應(yīng)力為 V IN；見圖 3(b)。因為 Fly-Buck 開關(guān)是軟/安靜的，所以在 V IN頂部只需要很小的余量。 圖 3 顯示了典型的 Fly-Buck 電路和開關(guān)波形。在圖 3 中，im是勵磁電流，它是反射到初級側(cè)的初級電流和次級電流的組合。

圖 3：典型的 Fly-Buck 電路 (a) 和開關(guān)波形 (b)

圖 4 顯示了四種開關(guān)模式的等效電路。四種模式是：

· MODE0：t 0 -t 1（能量存儲）。當(dāng)高邊開關(guān)打開時，轉(zhuǎn)換器將能量存儲在變壓器中。在此期間，初級側(cè)電流線性上升，類似于降壓中電感器電流線性上升的方式。

· MODE1：t 1 -t 2（高端關(guān)閉到低端開啟死區(qū)時間）。當(dāng)高端開關(guān)關(guān)閉時，在對低端和高端寄生電容進行完全放電/充電后，初級端電流會繼續(xù)流過低端體二極管。由于二次側(cè)二極管正向偏置，二次側(cè)電流開始流動。開關(guān)節(jié)點電壓在 t2 之前幾乎變?yōu)榱?，這允許低側(cè)開關(guān)輕柔地開啟。

· MODE2：t 2 -t 3（能量轉(zhuǎn)移）。在此期間，低側(cè)開關(guān)打開，轉(zhuǎn)換器將存儲的能量傳輸?shù)酱渭墏?cè)，類似于反激式在其低側(cè)開關(guān)關(guān)閉時將能量傳輸?shù)酱渭墏?cè)的方式。假設(shè)初級側(cè)輸出無負載/輕載，初級側(cè)電流最初以正向流動，但在此周期結(jié)束時將其方向變?yōu)樨撓颉?

· MODE3：t 3 -t 0（低側(cè)關(guān)閉到高側(cè)開啟死區(qū)時間）。在此期間，初級側(cè)電流向負方向流動。該電流對高端和低端寄生電容進行放電/充電，并對低端體二極管進行反向偏置。由于低側(cè)體二極管在高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通之前被反向偏置，因此高側(cè)開關(guān)可以在 t0 安靜地打開，而不會因反向恢復(fù)效應(yīng)而導(dǎo)致任何過度的高頻振鈴。由于二次側(cè)二極管反向偏置，二次側(cè)電流在此期間停止流動。

圖4：每種模式的等效電路和電流流動：MODE0，t 0 -t 1 (a)；MODE1, t 1 -t 2 (死區(qū)時間) (b); 模式2 ，t 2 -t 3 (c)；和 MODE3, t 3 -t 0 (死區(qū)時間) (d)

結(jié)論

Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器比反激式或降壓式轉(zhuǎn)換器更安靜地切換。除了 Fly-Buck 的簡單性和良好的交叉調(diào)節(jié)性能之外，這種安靜的開關(guān)特性還可以帶來一些好處，包括更低的 EMI；電路板尺寸更小，因為不再需要主開關(guān)節(jié)點處的緩沖電路；通過節(jié)省初級側(cè)的緩沖器損耗，提高效率。