Brian King

需要多個(gè)輸出電壓的系統(tǒng)通常采用反激式轉(zhuǎn)換器。在這些多輸出反激式轉(zhuǎn)換器中，同時(shí)對(duì)所有輸出電壓進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

電源設(shè)計(jì)小貼士 78 探討了如何使用同步整流器改進(jìn)輸出電壓之間的交叉調(diào)節(jié)。同步整流器可平衡輸出電壓，但代價(jià)是繞組中的均方根 (RMS) 電流較高、輕負(fù)載效率降低。在此電源設(shè)計(jì)小貼士中，我將通過一個(gè)生成相同幅值正/負(fù)輸出的特殊案例繼續(xù)討論。在這種情況下，正確放置單個(gè)電容器可以改善所有負(fù)載條件下的交叉調(diào)節(jié)性能。

圖 1 展示了 48V 至 ±12V 電源在正常配置下的簡(jiǎn)化原理圖。要實(shí)施此處建議的技術(shù)，您必須首先稍微變換次級(jí)連接的位置，如圖 1 所示，即添加電容器 C3 并將二極管 D2 從次級(jí)繞組的低側(cè)移到高側(cè)。另請(qǐng)注意，兩個(gè)變壓器次級(jí)繞組不再共用一個(gè)公共連接。除了增加的電容 C3 之外，圖 1 在電氣方面等同于 圖 1。

圖 2A 展示了當(dāng) Q1 關(guān)斷且 D1 和 D2 導(dǎo)通時(shí)的電路狀態(tài)。在此狀態(tài)期間，變壓器通過次級(jí)繞組向兩個(gè)輸出傳遞能量。請(qǐng)注意，C3 與 +12V 輸出并聯(lián)，因此可充電至相同的電壓電平。

圖 2B 展示了當(dāng) Q1 導(dǎo)通、D1 和 D2 反向偏置并處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的電路狀態(tài)。在此狀態(tài)期間，當(dāng)初級(jí)繞組通過輸入電壓充電時(shí)，變壓器以磁性方式儲(chǔ)能。在這種狀態(tài)下，只要兩個(gè)次級(jí)繞組的匝數(shù)相同，C3 兩端的電壓等于 ?12V 輸出的幅值，如圖 2B 中所示的公式所述。隨著電路在這兩種狀態(tài)之間進(jìn)行交替，電容器 C3 充當(dāng)電荷泵，使兩個(gè)輸出電壓的幅值均衡。這個(gè)電荷泵效應(yīng)補(bǔ)償了由電路中的寄生元件所導(dǎo)致的電壓不平衡。如果兩個(gè)次級(jí)繞組的匝數(shù)不同，則該技術(shù)將不起作用。

圖 3 展示了對(duì)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組上的漏電感進(jìn)行建模的仿真原理圖。如電源設(shè)計(jì)小貼士 78 所詳述，這些漏電感會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)性能造成很大影響。初級(jí)側(cè)上的漏電感會(huì)導(dǎo)致初級(jí)側(cè)出現(xiàn)短時(shí)電壓電平，從而耦合到次級(jí)繞組上。次級(jí)繞組上的漏電感會(huì)降低兩個(gè)輸出電壓之間的耦合。

圖 4 展示了 +12V 輸出、1A 負(fù)載和 ?12V 輸出、10mA 負(fù)載時(shí)，輸出二極管中的電壓和電流波形。添加 1μF 電容器 C3 不僅使兩個(gè)輸出保持良好耦合，還可以濾除由初級(jí)繞組漏電感引起的電壓電平的影響。請(qǐng)注意，具有較低負(fù)載電流的 ?12V 輸出二極管電壓有小幅振蕩。此振蕩是由與電容器 C3 諧振的漏電感引起的，并導(dǎo)致 ?12V 輸出二極管導(dǎo)通時(shí)發(fā)生相移。電流波形的有趣之處在于 ?12V 電流保持了三角形，這是從 +12V 次級(jí)繞組電流中減去的。

圖 5 中的圖形展示了添加電容器后對(duì)調(diào)節(jié)的影響。在這里，我們根據(jù)兩個(gè)輸出上的不同負(fù)載條件繪制了仿真圖，其中包括添加和未添加電容器的情形。

沒有電容器時(shí)，隨著 ?12V 負(fù)載降至零，?12V 輸出電壓會(huì)顯著上升。有電容器時(shí)，兩個(gè)輸出在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)相差不足 3%。這些結(jié)果與使用同步整流器獲得的結(jié)果類似（詳見電源設(shè)計(jì)小貼士 78），但不會(huì)增加 RMS 繞組電流，而且?guī)缀醪粫?huì)增加成本或復(fù)雜性。

總之，寄生漏電感會(huì)降低多輸出電源的穩(wěn)壓性能。在具有同等幅值的雙路正負(fù)輸出的電源中，添加單個(gè)電容器可以大大改善穩(wěn)壓性能。

在具有不同輸出電壓幅值的多輸出電源中，使用同步整流器可能是改善交叉調(diào)節(jié)的理想方法。

下次設(shè)計(jì)雙路輸出電源時(shí)，請(qǐng)考慮實(shí)施這種簡(jiǎn)單的技術(shù)來提高設(shè)計(jì)性能。

有關(guān)更多電源設(shè)計(jì)小貼士，請(qǐng)查看 TI 在 Power House 上的電源設(shè)計(jì)小貼士博客系列。

其他資源

• 觀看視頻“拓?fù)浣坛蹋菏裁词欠醇な剑?/a>”
• 下載 TI 的 Fly-Buck 和反激式選擇器工具，幫助根據(jù)您的規(guī)格選擇合適的隔離式直流/直流拓?fù)洹?/li>

相關(guān)文章

• 電源設(shè)計(jì)小貼士 78：同步整流器可改善反激式電源的交叉調(diào)節(jié)性能
• 多輸出電源的最小負(fù)載和交叉調(diào)節(jié)
• 首次推出反激式電源

之前在 EDN.com 上發(fā)布。