利用次級側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計多路輸出開關(guān)電源
利用次級側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計多路輸出開關(guān)電源
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179232.htm目前,多路輸出變換器普遍采用對主路輸出進行閉環(huán)PWM控制方式,而其他的輔助輸出采用間接穩(wěn)壓方式。由于只對主輸出進行閉環(huán)控制,占空比的改變對輔助輸出的負載影響較大,尤其是從輕載到滿載變化時,負載交叉調(diào)整的性能變差。常用的技術(shù)有以下幾種。
第一,多路輸出變換器的設(shè)計可以考慮采用多種拓撲結(jié)構(gòu)。通常,調(diào)整主路輸出,其他輔路輸出會按照隔離變壓器相應(yīng)的匝數(shù)比進行交叉調(diào)整。此方法存在多種問題,包括反激和正激變換器,尤其是除了在調(diào)整主路中的輸出電壓以外,非常難以在各輔路輸出端獲得精確的電壓,因為在設(shè)計多輸出電源變壓器時使用的匝數(shù)比只是近似值。此外,任何一路輸出上的瞬態(tài)負載影響將反映在所有其他負載上。并且,由于各變壓器繞組間存在漏電感,因此負載交叉調(diào)整率將比較差。這些問題可以通過將交叉調(diào)整的輸出電壓設(shè)置得稍稍大于所需值,并在每個輔助輸出端加一個線性調(diào)節(jié)器來解決,如圖1所示。電流小于3.0A時,最好使用線性調(diào)節(jié)器作為后級調(diào)整輸出,但是此種方法會犧牲較大的效率為代價,限制了低輸出電流應(yīng)用。若采用WVC技術(shù)的多路輸出反激變換器,可以有效改善輸出的直流和瞬態(tài)特性。具體來說,對各路輸出電壓均進行采樣作加權(quán)后調(diào)節(jié)占空比D,如果權(quán)衡系數(shù)和補償環(huán)節(jié)設(shè)計合理,電源品質(zhì)將會得到顯著改善。正激變換器多路輸出采用耦合電感的設(shè)計方法,需要使電感的匝數(shù)比等于主變壓器的輸出繞組的匝數(shù)比,對于負載不對稱的用電環(huán)境下交叉調(diào)節(jié)性能沒有明顯改善。
圖1 線性調(diào)節(jié)器
第二,為了改善負載交叉調(diào)整率,可使用單獨的DC/DC變換器來進行組合,實現(xiàn)多路輸出穩(wěn)壓,但電路比較復(fù)雜,且價格非常昂貴。另一個選擇是用UC3573控制器設(shè)計一個降壓轉(zhuǎn)換器作為后調(diào)節(jié)器,如圖2所示,比較適合3.0~8.0A電流輸出。這種方法能達到90%的高效率,但是如果后調(diào)節(jié)器采用多個副線圈的話需要增加整流器、電感和電容器。這種方法增加了一級LC濾波回路,在多路輸出時,濾波器的數(shù)量明顯增加。同時,這種降壓斬波電路一般應(yīng)用在輸入電壓和輸出電壓均較低的電路結(jié)構(gòu)當中。
圖2 降壓轉(zhuǎn)換器
圖3磁放大后調(diào)節(jié)器
第三,用UC1838控制器設(shè)計磁放大后調(diào)節(jié)器,如圖3所示。它的效率很高,特別適合大于5.0A中低電流的應(yīng)用,但在高電流應(yīng)用中效率很低。而且,它不易實現(xiàn)過流保護,輕負載時的低調(diào)節(jié)度和高頻(200kHz)時磁放大電感的高費用使它不是一個完美的解決方案。
第四,一個較好的選擇是用新型的次級側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR),如圖4所示。這樣既可以實現(xiàn)前沿又可以實現(xiàn)后沿調(diào)節(jié)。SSPR在多路輸出隔離電源的精確調(diào)節(jié)應(yīng)用方面具有簡單、高效率、高頻化、無損耗過流保護和遙控開關(guān)機等優(yōu)點。應(yīng)用CS5101比LM5115、UCC2540和LT3710等帶有雙N溝道MOSFET后置同步穩(wěn)壓器控制電路簡單,能夠適應(yīng)于輸入高壓和低壓的各種電路結(jié)構(gòu)。CS5101是一種帶有N溝道MOSFET驅(qū)動的同步前沿開關(guān)調(diào)節(jié)控制器,可直接由變壓器的次級繞組生成一個精確穩(wěn)壓的次級輸出,從而最大限度地減小了主路輸出電感器和電容器尺寸。同時,它可以應(yīng)用于單端或雙端拓撲結(jié)構(gòu)。
次級側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR)的工作描述
SSPR調(diào)節(jié)器允許輔路在沒有初級側(cè)反饋的情況下獨立控制輸出。SSPR開關(guān)后面連接次級側(cè)整流二極管和輸出電感。在電流模式的單端正激拓撲結(jié)構(gòu)中,初級控制器保持一個穩(wěn)定的伏秒值。前沿和后沿的初級側(cè)電流波形如圖5所示。使用峰值電流測量的電流模式控制前沿情況下,后沿調(diào)制將導(dǎo)致環(huán)路的不穩(wěn)定。
CS5101 SSPR控制器作為前沿調(diào)制設(shè)計,應(yīng)用于電流模式或電壓模式控制。
圖5 主要開關(guān)電流波形
SSPR技術(shù)的應(yīng)用
SSPR能用在各種電路拓撲結(jié)構(gòu)中,包括單端/雙端降壓變換器、反激變換器,可以用于電流控制模式或電壓控制模式。
圖6 主開關(guān)波形
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