基于脈沖負載的中小功率開關(guān)電源研究

3. 3 隔離變換器的脈沖負載分析

隔離變換器主要有反激變換器、正激變換器、橋式變換器。反激變換器和正激變換器都可以用在中小功率的場合， 橋式變換器主要用在大功率場合。

因此， 在脈沖電源中， 適合中小功率脈沖負載的電源結(jié)構(gòu)是反激變換器和正激變換器。

3. 3. 1 反激變換器脈沖負載分析

圖9 是典型的反激變換器結(jié)構(gòu)。相對于升壓變換器， 反激變換器增加了一個變壓器， 實現(xiàn)了輸入輸出的隔離。

圖9 基本的反激變換器結(jié)構(gòu)

通過對變壓器進行伏秒平衡分析， 得到電流連續(xù)模式下反激變換器的傳輸關(guān)系：

相對于升壓變換器， 反激變換器只增加一個變壓器。從本質(zhì)上講， 其小信號傳輸關(guān)系是在升壓變換器的小信號關(guān)系上增加變壓器匝比。因此， 電壓連續(xù)模式反激變換器的小信號傳輸關(guān)系為：

從( 10) 式可以看出， 工作在連續(xù)模式下的反激變換器同樣存在右半平面零點sz 2。與升壓變換器一樣， 反激變換器也不能實現(xiàn)寬的環(huán)路帶寬， 因此，反激變換器也不適合用于脈沖負載電源。

3. 3. 2 正激變換器的脈沖負載分析

典型的正激變化器結(jié)構(gòu)如圖10 所示。正激變換器的工作原理與降壓型變換器相同， 增加了一個用于輸入輸出隔離的變壓器。

圖10 正激變換器結(jié)構(gòu)

工作于電壓模式連續(xù)的正激變換器小信號傳遞函數(shù)為：

相對于降壓變換器控制器的傳遞函數(shù)， ( 11) 式只是增加了變壓器的匝比。因此， 正激變換器沒有右半平面零點， 能夠?qū)崿F(xiàn)寬的帶寬， 減小因脈沖負載造成的跌落。相對于降壓變換器控制器的多種控制方式， 正激變換器主要有電壓控制和電流控制方式。

由于電流控制方式更容易補償環(huán)路， 因此， 在正激變換器中， 主要采用電流控制模式。

負載電流是從0 到滿載， 正激變換器往往從空載到滿載變換。由于需要跨越輸出電感電流從非連續(xù)到連續(xù)模式， 增加了環(huán)路的響應時間。因此， 最好讓正激變換器工作在連續(xù)模式， 而不管負載電流的變化。一種方法是在輸出添加假負載， 但是會造成電路的效率下降， 另一種特別有效的方式是采用同步整流方式。同步整流的好處是可以提高效率， 但它更突出的特點是能夠使電路工作在連續(xù)模式。

圖11 采用二極管整流方式的正激變換器

由于采用二極管整流方式， 當工作在輕載時， 整個電路工作在電流斷續(xù)模式; 當突然加負載時， 電路過渡到連續(xù)模式。其脈沖負載的仿真波形如圖12 所示。

圖12 采用二極管整流方式的脈沖負載的仿真波形

從圖12 可以看出， 由于存在模式的突變， 在突然添加負載時候， 輸出電壓跌落為0. 5 V.

圖13 是采用同步整流方式的正激變換器， 整個電路工作在電流連續(xù)模式; 圖14 是采用同步整流方式的正激變換器仿真波形。從圖中可以看出， 采用同步整流方式， 在脈沖負載條件下， 輸出電壓的波動在0. 2 V 以內(nèi)。

圖13 采用同步整流方式的正激變換器

圖14 同步整流方式的正激變換器仿真波形