圖2顯示了倒置降壓的功率級。像反激一樣，它有兩個開關(guān)元件，一個磁性元件(單電源電感器而不是變壓器)和兩個電容器。顧名思義，倒置降壓拓撲類似于降壓轉(zhuǎn)換器。開關(guān)在輸入電壓和接地之間產(chǎn)生一個開關(guān)波形，然后由電感電容網(wǎng)絡(luò)濾除。區(qū)別在于輸出電壓被調(diào)節(jié)為低于輸入電壓的電位。即使輸出“浮動”在輸入電壓以下，它仍然可以正常為下游電子器件供電。

 

圖2 倒置降壓功率級的簡化示意圖。

 

將場效應晶體管放在低側(cè)意味著它可以直接從反激控制器驅(qū)動。圖3顯示了一個使用UCC28910反激開關(guān)的倒置降壓。一對一耦合電感器作為磁開關(guān)元件。一次繞組作為功率級電感器。二次繞組向控制器提供定時和輸出電壓調(diào)節(jié)信息，并為控制器的局部偏置電源(VDD)電容器充電。

 

圖3 一個使用UCC28910反激開關(guān)的倒置降壓設(shè)計示例。

 

反激拓撲的一個缺點是能量通過變壓器傳遞的方式。這種拓撲在場效應管的接通時間內(nèi)將能量存儲在氣隙中，并在場效應管的斷開時間內(nèi)將其傳輸?shù)酱渭?。實際的變壓器在初級側(cè)會有一些漏感。當能量轉(zhuǎn)移到次級側(cè)時，剩余的能量儲存在漏感中。這種能量是不可用的，且需要使用齊納二極管或電阻電容網(wǎng)絡(luò)進行耗散。

 

在降壓拓撲中，漏能通過二極管D7在場效應管斷開期間傳遞到輸出端。這樣可以減少組件數(shù)量并提高效率。

 

另一個區(qū)別是每個磁性元件的設(shè)計和傳導損耗。因為一個倒置降壓只有一個繞組來傳輸功率，所以所有的功率傳輸電流都通過它，這就提供了良好的銅利用率。反激則不具有那么好的銅利用率。當場效應管接通時，電流通過一次繞組而不是二次繞組。當場效應管斷開時，電流通過二次繞組而不是一次繞組。因此，更多的能量儲存在變壓器中，并且在反激設(shè)計中利用更多的銅來提供相同的輸出功率。

 

圖4比較了具有相同輸入和輸出規(guī)格的降壓電感器和反激變壓器的一次和二次繞組的電流波形。降壓電感器波形在左側(cè)的單個藍色框中，反激的一次繞組和二次繞組在右側(cè)的兩個紅色框中。

 

對于每個波形，傳導損耗計算為均方根電流平方乘以繞組電阻。因為降壓只有一個繞組，所以磁場中的總傳導損耗就是一個繞組的損耗。然而，反激的總傳導損耗是一次繞組和二次繞組損耗之和。此外，反激中磁場的物理尺寸將比在類似功率水平下的倒置降壓設(shè)計更大。任一組件的儲能等于½ L × IPK2。

 

對于圖4所示的波形，我計算出倒置降壓只需要存儲反激所需存儲的四分之一的功率，因此，與同等功率的反激設(shè)計相比，倒置降壓設(shè)計的占地面積要小得多。

 

圖4 降壓和反激拓撲中電流波形的比較

 

當不需要隔離時，反激拓撲并不總是低功耗離線應用的最佳解決方案。倒置降壓可以提供更高的效率和更低的BOM成本，因為您可以使用一個可能更小的變壓器/電感器。對于電力電子器件設(shè)計人員來說，重要的是要考慮所有可能的拓撲解決方案，以確定最適合給定規(guī)格的拓撲。