精確調(diào)節(jié)式多路輸出DC/DC變換器

精確調(diào)節(jié)式

  精確調(diào)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(lèi)變換器。

  ①磁放大器式,自20世紀(jì)80年代以來(lái)，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(diào)節(jié)器成為可能,并在20世紀(jì)80年代末逐漸成熟起來(lái)?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(diào)制反饋:Uo2為非主要輸出,經(jīng)磁放大器反饋調(diào)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(cè)串接L,再接到整流管VD3和LC輸出濾波器設(shè)Lr的鐵芯磁滯回線(xiàn)具有很好的矩形特性,Lx相當(dāng)于一個(gè)”可控磁開(kāi)關(guān)”?當(dāng)鐵芯的磁工作點(diǎn)沿B-H回線(xiàn)增磁時(shí),“磁開(kāi)關(guān)”相當(dāng)于于開(kāi)路:La鐵芯進(jìn)入飽和,“磁開(kāi)關(guān)”相當(dāng)于短路,其復(fù)位(指磁通到達(dá)飽和后的去磁過(guò)程)由誤差信號(hào)放大電路和復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)控制,改變了加到輸出濾波器的電壓林沖寬度,從而調(diào)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(chǎng)合,其優(yōu)點(diǎn)主要是電路簡(jiǎn)單?可靠?高效,可以精確地調(diào)節(jié)輸出電壓;缺點(diǎn)主要是由于非線(xiàn)性元件的存在,反饋回路的設(shè)計(jì)較為困難,此例中,M=N=2,實(shí)現(xiàn)了每路精確穩(wěn)壓。

  ②同步整流器式,從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,人們嘗試在變換器各輸出支路上加輔助開(kāi)關(guān)以消除各支路間的交叉調(diào)節(jié),從而達(dá)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(jié)構(gòu)復(fù)雜?體積大?效率低,無(wú)法適應(yīng)實(shí)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(dǎo)致了噪聲裕度的要求?同步整流技術(shù)的出現(xiàn),恰好順應(yīng)了這個(gè)要求,20世紀(jì)80年代末,人們開(kāi)始把同步整流技術(shù)應(yīng)用于多路輸出變換器,目前已經(jīng)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(jié)構(gòu)相同,因此圖中只畫(huà)出第K條支路。其中V,為MOSFET主開(kāi)關(guān),Vfk1?Vfk2為同步整流MOSFET開(kāi)關(guān)管,Lsk為去耦電感。Vf受前饋控制,柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)完全由輸入電壓決定,Vfk1的開(kāi)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(kāi)通期間,Vfk1和Vfk2有一同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)段,即變換器的死區(qū)時(shí)間,在這一時(shí)段里,電流通過(guò)N?L?Vm和Vm產(chǎn)生環(huán)流,能量無(wú)法傳遞到輸出端,因此,該變換器可以通過(guò)改變?cè)摃r(shí)段所占的比例Dk改變Vf對(duì)第K條支路的有效占空比。

  它的優(yōu)點(diǎn)主要是：

  a,每路輸出獨(dú)立控制,實(shí)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(kāi)關(guān)受變壓器一次繞組的前饋信號(hào)控制,對(duì)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(yīng);

  C.輸入輸出之間無(wú)反饋回路,提高了變換器的靠性。

  其缺點(diǎn)主要是由于同步整流技術(shù)的應(yīng)用以及降低死區(qū)損耗的要求,器件的選擇和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)較為嚴(yán)格,而且當(dāng)輸出支路較多時(shí)成本較高?此例中M=N+1,實(shí)現(xiàn)了每路精確穩(wěn)壓。

  以上介紹的兩種精確調(diào)節(jié)式多路輸出變換器都是通過(guò)在輸出支路上加輸出調(diào)節(jié)器(或稱(chēng)后置調(diào)節(jié)器)達(dá)到穩(wěn)壓目的的?此外,還可以通過(guò)其他控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路穩(wěn)壓,如PwM-PD(脈寬調(diào)制與脈沖延遲)技術(shù)。

  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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖461所示,它應(yīng)用了 PWM- PD控制技術(shù)?整個(gè)變換器只需要兩個(gè)開(kāi)關(guān)Sl和S2就可以達(dá)到控制三個(gè)輸出電壓的目的?變換器以周期T工作,當(dāng)只有S1開(kāi)通時(shí),能量從輸入端輸送到輸出端Uo3和Uo2;當(dāng)S1、S2開(kāi)通時(shí),能量從輸入端輸送到輸出端Ua和U2當(dāng)S1?S2都開(kāi)通時(shí),能量從輸人端送到三個(gè)端出端?設(shè)S1和S2的控制信號(hào)的占空比分別為D.?D,D對(duì)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(dú)立的控制參數(shù),D.?D和D4應(yīng)滿(mǎn)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(gè)變換器的效率在80%~91%之間,在正常負(fù)載條件下,效率在89%左右,它的特點(diǎn)是輸入輸出回路之間沒(méi)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(wú)需隔離的場(chǎng)合,此例中,M=N3,同樣實(shí)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(lái)變換器的多路輸出技

  文獻(xiàn)中提出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本工作原理和優(yōu)缺點(diǎn),并得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

①正激式電源適配器變換器廣泛應(yīng)用干變換器的多路輸出技術(shù)中,原因是其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shù)的實(shí)質(zhì)在于控制變量的選擇,要實(shí)現(xiàn)多路精確穩(wěn)壓,必須增加控制變量的個(gè)數(shù),使得它不少于輸出支路的個(gè)數(shù)

③加權(quán)反饋式和磁放大器式多路輸出變換器是目前較?較成熟的技術(shù),并經(jīng)常把兩者結(jié)合起來(lái)使用④對(duì)于采用了同步整流輸出調(diào)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(fù)載,可以說(shuō),把同步整流技術(shù)應(yīng)用于變換器的多路輸出是變換器多路輸出技術(shù)的新發(fā)展?