精確調節(jié)式多路輸出DC/DC變換器

精確調節(jié)式

  精確調節(jié)式變換器中,控制變量足夠多,每路輸出的穩(wěn)壓精度都較高,這一部分將分析三種典型的此類變換器。

  ①磁放大器式,自20世紀80年代以來，由于高頻磁性材料的發(fā)展,在多路輸出的高頻電源適配器中使用高頻可控飽和電感(磁放大器)作為其中一路的輸出調節(jié)器成為可能,并在20世紀80年代末逐漸成熟起來?圖4-58給出了磁放大器式多路輸出變換器的原理圖,其中Uo1是主要輸出,由PWM脈寬調制反饋:Uo2為非主要輸出,經磁放大器反饋調節(jié),由可控飽和電抗器Lt和控制電路組成,高頻變壓器二次側串接L,再接到整流管VD3和LC輸出濾波器設Lr的鐵芯磁滯回線具有很好的矩形特性,Lx相當于一個”可控磁開關”?當鐵芯的磁工作點沿B-H回線增磁時,“磁開關”相當于于開路:La鐵芯進入飽和,“磁開關”相當于短路,其復位(指磁通到達飽和后的去磁過程)由誤差信號放大電路和復位電路產生的復位信號控制,改變了加到輸出濾波器的電壓林沖寬度,從而調節(jié)輸出電壓Uo2。

  這種多路輸出DC/DC變換器適用于輸出電流為一至幾十安的場合,其優(yōu)點主要是電路簡單?可靠?高效,可以精確地調節(jié)輸出電壓;缺點主要是由于非線性元件的存在,反饋回路的設計較為困難,此例中,M=N=2,實現(xiàn)了每路精確穩(wěn)壓。

  ②同步整流器式,從20世紀70年代開始,人們嘗試在變換器各輸出支路上加輔助開關以消除各支路間的交叉調節(jié),從而達到每路穩(wěn)壓的目的?但這些變換器不是穩(wěn)壓效果不理想就是結構復雜?體積大?效率低,無法適應實際需要,而且,現(xiàn)在某些通信二次電源適配器要求采用低電壓?大電流的供電方式,有的供電電壓甚至低至1V左右,這樣就導致了噪聲裕度的要求?同步整流技術的出現(xiàn),恰好順應了這個要求,20世紀80年代末,人們開始把同步整流技術應用于多路輸出變換器,目前已經取得了比較理想的效果,圖4-59示出了其中的一種。

  由于該電源適配器變換器的各輸出支路結構相同,因此圖中只畫出第K條支路。其中V,為MOSFET主開關,Vfk1?Vfk2為同步整流MOSFET開關管,Lsk為去耦電感。Vf受前饋控制,柵極驅動信號完全由輸入電壓決定,Vfk1的開通和截止與Vf保持同步,Vfk2則受PWM反饋控制。

  該電源適配器電路的工作波形如圖460所示?可以看出,在Vf開通期間,Vfk1和Vfk2有一同時導通的時段,即變換器的死區(qū)時間,在這一時段里,電流通過N?L?Vm和Vm產生環(huán)流,能量無法傳遞到輸出端,因此,該變換器可以通過改變該時段所占的比例Dk改變Vf對第K條支路的有效占空比。

  它的優(yōu)點主要是：

  a,每路輸出獨立控制,實現(xiàn)了每條輸出支路的高精度穩(wěn)壓,輸出電壓可低至1V左右

  b.主開關受變壓器一次繞組的前饋信號控制,對于輸人電壓的變化,該電源適配器變換器能非常迅速地做出反應;

  C.輸入輸出之間無反饋回路,提高了變換器的靠性。

  其缺點主要是由于同步整流技術的應用以及降低死區(qū)損耗的要求,器件的選擇和驅動電路的設計較為嚴格,而且當輸出支路較多時成本較高?此例中M=N+1,實現(xiàn)了每路精確穩(wěn)壓。

  以上介紹的兩種精確調節(jié)式多路輸出變換器都是通過在輸出支路上加輸出調節(jié)器(或稱后置調節(jié)器)達到穩(wěn)壓目的的?此外,還可以通過其他控制技術實現(xiàn)多路穩(wěn)壓,如PwM-PD(脈寬調制與脈沖延遲)技術。

  ③非隔離的多路輸出DC/DC變換器種不帶變壓器的多路輸出變換器的拓撲結構如圖461所示,它應用了 PWM- PD控制技術?整個變換器只需要兩個開關Sl和S2就可以達到控制三個輸出電壓的目的?變換器以周期T工作,當只有S1開通時,能量從輸入端輸送到輸出端Uo3和Uo2;當S1、S2開通時,能量從輸入端輸送到輸出端Ua和U2當S1?S2都開通時,能量從輸人端送到三個端出端?設S1和S2的控制信號的占空比分別為D.?D,D對D.延展為D4,三條輸出支路的控制量分別為D4?D4+D和D?為了獲取獨立的控制參數(shù),D.?D和D4應滿足下列條件:D<D2;D4+D>DD2>0

  該電源適配器變換器除了第一路穩(wěn)壓精度稍差外,其余  路輸出的穩(wěn)壓精度都比較高,整個變換器的效率在80%~91%之間,在正常負載條件下,效率在89%左右,它的特點是輸入輸出回路之間沒wMPa隔離式多輸出變換器原理圖

  變壓器隔離,體積小,成本低?因此,它非常適用于需要特別考慮變換器的體積和成本,而且輸入,輸出無需隔離的場合,此例中,M=N3,同樣實現(xiàn)了每路精確穩(wěn)壓

  按變換器各輸出支路的穩(wěn)壓效果分析了近年來變換器的多路輸出技

  文獻中提出的電路拓撲結構的基本工作原理和優(yōu)缺點,并得出以下幾點結論:

①正激式電源適配器變換器廣泛應用干變換器的多路輸出技術中,原因是其電路結構簡單清晰,有變壓器隔離,輸出電壓紋波小;

②DC/DC變換器多路輸出技術的實質在于控制變量的選擇,要實現(xiàn)多路精確穩(wěn)壓,必須增加控制變量的個數(shù),使得它不少于輸出支路的個數(shù)

③加權反饋式和磁放大器式多路輸出變換器是目前較先進?較成熟的技術,并經常把兩者結合起來使用④對于采用了同步整流輸出調節(jié)器的多路輸出變換器,其各路穩(wěn)壓精度高,并且適用于低電壓?大電流的負載,可以說,把同步整流技術應用于變換器的多路輸出是變換器多路輸出技術的新發(fā)展?