多路輸出正激式變換器耦合濾波電感的設(shè)計(jì)
摘要:分析了具有耦合濾波電感的多輸出正激式開關(guān)電源電路,對(duì)比了有耦合和無耦合濾波電感對(duì)電路參數(shù)的影響,介紹了耦合濾波電感的設(shè)計(jì)方法。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179831.htm1引言
近年來高頻開關(guān)電源在電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。正激式DC/DC變換器以其輸出紋波小、對(duì)開關(guān)管的要求較低等優(yōu)點(diǎn)而適合于低壓、大電流、功率較大的場(chǎng)合。但正激變換器對(duì)輸出電感的設(shè)計(jì)有較高要求,特別在多路輸出的情況。
本文分析對(duì)比正激變換器多路輸出濾波電感采用獨(dú)立方式和耦合方式的不同特點(diǎn),討論了耦合電感的設(shè)計(jì)方法,給出了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例,并給出仿真及試驗(yàn)結(jié)果。
2正激變換器普通多路輸出的分析
圖1所示為180W正激變換器的變壓器及輸出部分。兩路輸出分別采用無耦合的濾波電感。其一路輸出UO1為:UO1=(Uin1-UV1a)D-UV1b(1-D)=Uin1D-UV1b(1)
式(1)中,D為初級(jí)開關(guān)脈沖的占空比,UV1a、UV1b分別為整流二極管和續(xù)流二極管的壓降,并假設(shè)它們相等。
該電路L的最小值一般由所需維持最小負(fù)載電流的要求決定,而電感L中的電流又分連續(xù)和不連續(xù)兩種工作情況。如果負(fù)載電流IO逐步降低,L中的波動(dòng)電流最小值剛好為0時(shí),即定義為臨界情況。在控制環(huán)中,連續(xù)狀況的傳遞函數(shù)有兩個(gè)極點(diǎn),不連續(xù)狀況只有一個(gè)極點(diǎn)。因而在臨界點(diǎn)上下,傳遞函數(shù)是突變的。圖1電路的Uin1,Uin2繞組通常都為緊耦合狀態(tài),而每一路LC濾波器的串聯(lián)諧振頻率不相同,這一情況將使控制環(huán)在連續(xù)狀況時(shí)傳遞函數(shù)增加新的極點(diǎn)。
在多路輸出時(shí),如果輔助輸出電壓要保持在一定的穩(wěn)定范圍內(nèi),則主輸出的電感必須一直超過臨界值,即一直處于連續(xù)狀態(tài)。從性能上講,L過大限制了輸出電流的最大變化率,而且?guī)е绷麟娏鬟\(yùn)行的大電感造價(jià)昂貴。
在圖1所示的電路中,當(dāng)UO1保持5V不變時(shí),隨著UO2負(fù)載上的突然變化,其15.8V的電壓有可能突變4V~5V,且在經(jīng)過數(shù)十至數(shù)百毫秒后才能恢復(fù)。
圖1獨(dú)立濾波電感兩路輸出正激變換器
圖2耦合濾波電感的兩路輸出正激變換器
圖3
圖4圖3電路的歸一化電路
圖5圖4電路的重新排列
為了簡化設(shè)計(jì),通常都使電感電流工作于連續(xù)狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載電流變化較大時(shí),甚至在出現(xiàn)負(fù)載電流為零的場(chǎng)合下為使電路仍可以正常工作,則可在每路輸出接入一固定負(fù)載。
3多路輸出正激變換器耦合濾波電感的分析
對(duì)照?qǐng)D1和圖2電路,圖2電路的L1、L2為繞在同一磁芯上的電感,且匝數(shù)比與Uin1、Uin2的匝數(shù)比相同,同名端如圖所示。
設(shè):UV1a=UV1b=UV1=0.6V
UV2a=UV2b=UV2=1.0V
D=0.4UO1=5Vn=N2/N1=3:1
則有:Uin1=(UO1+UV1)/D=5.6V/0.4
=14Vpp(2)
Uin2=Uin1·n=14×3=42Vpp(3)
UO2=Uin2·D-UV2=42×0.4-1.0=15.8V
在初級(jí)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)
UL1=Uin1-UV1-UO1=14-0.6-5=8.4V(4)
UL2=Uin2-UV2-UO2=42-1.0-15.8=25.2V(5)
在初級(jí)開關(guān)管截止時(shí)
UL1=-UD1-UV1=-0.6-5=-5.6V(6)
UL2=-UD2-UV2=-1.0-15.8=-16.8V(7)
注意:不論初級(jí)開關(guān)管導(dǎo)通還是截止,應(yīng)保證UL2/UL1總是為3∶1。如果耦合電感L2、L1的匝數(shù)比不能保證為3∶1,則在UO1和UO2之間存在附加的電流流動(dòng),從而在其輸出產(chǎn)生很大的輸出紋波?!?〕
評(píng)論