切换式电源(Switch Mode Power Supply, SMPS)的种类繁多，若依照电气是否需要隔离可分为非隔离式(Non-Isolation)与隔离式(Isolation)，在非隔离式切换电源比较常见架构(Topology)包括降压式(Buck)、升压式(Boost)、升降压式(Buck-Boost)。在隔离式切换电源比较常见架构包括返驰式(Flyback)、顺向式(Forward)、半桥式(Half-Bridge)与全桥式(Full-Bridge)，这些切换式电源各有其优缺点与其适合的应用场合，今天我们就来浅聊一下双开关顺向式切换电源的架构、动作原理及其应用场合。
顺向式与返驰式切换电源线路架构非常相近，顺向式切换电源在二次侧多了储能电感与飞轮二极体(Free-Wheeling Diode)，其线路图如下图一所示，但其动作原理就差异很大了。返驰式切换电源是当开关导通时将能量储存在变压器，当开关截止时再透过变压器将能量传递至二次侧。而顺向式切换电源就不一样，它是当开关导通时将能量透过变压器直接将能量传递到二次侧。因此，顺向式切换电源能处理的功率相对就比返驰式切换电源来的大。
顺向式切换动作原理说明如下: 当切换开关导通时(Q1, Turn-on)，此时二极体D1是导通的，电源的能量经由变压器传递至二次侧对储能电感(L)与负载充电。当切换开关截止时(Q1, Turn-off)，此时二极体D1是截止的，储存在电感的能量经由飞轮二极体D2对负载充电。其顺向式切换电源的动作波形时序图如图二所示。
图一、顺向式切换电源架构(Note: 线路图来源为电源设计技术资讯网站)
图二、顺向式切换电源的波形(Note: 波形来源为电源设计技术资讯网站)
从上述的顺向式切换电源的动作原理可以得知，当输出电压比输入电压大时，变压器一次侧电流就会变大，相对的重置线路的损耗也会跟着变大，再来二次侧整流二极体D1的电压应力也会大增。因此，顺向式切换电源通常会用应用在输出为低压电大流的场合。
由于顺向式切换电源需要一组重置线路来重置变压器里的能量，一般重置线路会用重置线圈绕组或是RCD箝位线路来实现重置的动作，若使用重置线圈绕组必须反复的调整线圈至合适的状态将变压器里的能量重置，若使用RCD箝位线路相对重置线路绕组来的简单，但其功率消耗相对较大，比较不适合应用在有要求效率要的场合。今天来介绍一双开关顺向式切换电源，其主要特色有可应用在高瓦数的场合、高效率、简单的重置线路与开关应力为输入电压等特色。
线路如图三所示，其动作原理如下:当Q1、Q2导通时，能量会透过变压器传递至二次侧并经过D1传送至负载，此时D2、D3、D4是截止的。当Q1、Q2截止时，变压器的线圈两端极性改变，使得D1截止，D3、D4因变压器极性改变而呈现导通并将电压器里的能量重置，此时二次侧L对负载释能且D2也因L极性改变的关系而呈现导通状态，再来当Q1、Q2还是截止情况且变压器能量也被重置时，D3、D4会变成截止的状态，L持续对负载释能且D2还是呈现导通状态直到Q1、Q2再度导通。
图三、双开关顺向式切换电源的线路(Note:线路来源为onsemi网站)
评论