基于NCP1031设计的以太网供电DC-DC转换器技术

由于需要二级隔离，TL431(U4)作为误差放大器与光耦(U3)一起形成了电压检测和反馈电路。通过将电压检测引脚3接地已经使U2中的内部误差放大器失效了，而引脚4上的放大器输出补偿节点用来通过光耦的光阻控制脉冲宽度。检测到的输出电压被R16和R17分压成TL431的2.5V参考电平，并由C9和R15设置适合DCM工作的闭环带宽和相位余量。如果配置成CCM回扫工作，还需要额外差模电感器的元件(C14、C15和R12)来稳定反馈环路。初级侧的C8向U2提供噪声去耦和额外的高频滚降性能。这种实现方案提供的输出调整率在线路和负载变化时均好于0.5%，闭环相位余量好于50℃。

输出整流管D5是一个用于提高效率的3A肖特基器件，其输出电压要经过由C11、L2和C12组成的π网络滤波。滤波输出的典型峰峰值噪声和纹波在所有正常负载和线路条件下都小于100mV。C13提供额外的高频噪声衰减。典型的输入到输出效率在满负荷条件下为75%左右(图2)。用基于MOSFET的同步整流电路代替D5可以获得更高的效率(安森美的应用指南AND8127详细介绍了如何实现回扫拓扑结构的简单同步整流电路)。
模压电感器


图2：效率与输出功率关系图。

过流保护功能是由NCP1031中的内部峰值电流限制电路提供的。在25℃环境中，当该电路配置为CCM回扫模式时，可以在过流和/或过温限制功能启动前提供1.3A的连续输出电流，浪涌电流可高达1.5A。当配置为非连续模式时，电流限制在约1.0A左右，峰值电流可到1.2A。

电磁设计

非连续模式的回扫变压器设计详见图3，连续模式的变压器设计见图4。在回电源电感器扫变压器设计中，重点是将绕组保持在单层中，并在磁芯结构的窗口长度上均匀分布，以便尽量减少漏感。在本方案中这一点可以很容易利用Ferroxcube公司的小型EF16铁氧体磁心实现。


图3a：非连续模式回扫变压器描述。



图3：非连续模式回扫变压器设计。



图4a： 连续模式变压器描述。


图4：连续模式变压器设计。

非连续与连续模式工作

表1：以太网电源等级分类。


在非连续模式回扫工作中，电感电流在MOSFET开关再次打开前降到了零。这种工作式使得输出具有一阶滤波器网络特性，因此反馈环路的稳定电路简单，可以获得较宽的带宽并实现良好的输出瞬态响应。但遗憾的是这种工作模式会产生较高的峰值开关电流，并由于存在内部电流限制设置点和NCP1031中的热保护电路而限制了电路的输出功率。而在连续电流工作模式中，MOSFET可以在电感电流到零之前回到导通状态，因此峰值开关电流较低，无需过流保护干涉就能获得较高的输出功率。不过这种工作模式也有代价，那就是控制环路带宽必须做得更低，因此对负载和线路变化的瞬态响应较差。CCM工作模式会在电源拓扑响应特性中引入右半平面零点，需要用图2所示额外的反馈元件进行差模电感补偿才能获得合适的反馈稳定性。由于输出整模压电感流器此时必须强制关闭整流功能，因此CCM还会产生较多的电磁干扰。 平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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