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隔离BUCK电路拓扑方案设计

在新能源、工业、通信设备等应用场景中，通常需要对输入和输出回路、或者对噪声敏感的接地回路进行隔离，如隔离式RS232、RS485通信、CAN收发器，隔离式放大器、传感器等。这样可以避免噪声干扰、器件的ESD损坏，同时也可以保证对设备带电操作人员的安全。

常见的小功率隔离辅助电源大多采用反激Flyback或正激Forward电路（见图1）。传统反激电路原边反馈的方式，需要多出一个辅助绕组；若采用副边反馈的方式，还需光耦和TL431来实现闭环控制；传统正激电路需要辅助绕组实现磁芯复位，次级需要滤波电感和两个整流二极管。

图1

隔离电源方案除了传统的反激和正激之外，还有一种隔离Buck的电路拓扑。它将反激与Buck小尺寸的优势结合起来，通过将传统Buck拓扑中的电感换成带有二次绕组的耦合电感，增加功率二极管和滤波电容演变而来（如图2），其反馈设计简单，无需辅助绕组，在体积和成本上有很大优势。

图2

那隔离Buck电路具体是怎么工作的呢？下面我们对两种工况下的工作状态进行分析：

首先，当输出Vo1为重载，Vo2为轻载时，上管Q1导通期间，下管Q2和次级的整流二极管截止，此时原边电感只有原边励磁电流IM流过，原边电感电流IL=IM（如图3）。

图3

上管Q1截止时，下管Q2和次级的整流二极管导通，次级电流IL2反射到初级绕组的电流为IL21，IL21为负方向。公式如下：

IL21/IL2=N2/N1

IL21=IL2*(N2/N1)

流过电感的原边电流IL1是正向励磁电流IM与负向IL21电流的和：

IL1=IM+IL21

由于Vo1为重载，Vo2轻载，IM大于IL21，原边电感电流IL1方向为正向（如图4）。

图4

而当Vo1为轻载，Vo2为重载时，Q1导通时工作模式和之前所介绍的相同。这里重点介绍下Q2导通时的工作原理：由于Vo2为重载，IL2反射到初级绕组的电流IL21会逐渐大于励磁电感电流IM，原边电感电流IL1=IM+IL21则逐渐由正变负，电感电流反向，如图5。

图5

所以Q2在这种工况下不能采用二极管。因此若采用Buck芯片来构建隔离Buck电路时，需要选择工作在FCCM的同步Buck芯片。如MP4582同时集成高边开关管和低边开关管，取代了外置二极管实现同步控制，可配置为PSM或者FCCM，非常适合新能源场合的隔离Buck应用。