本期內容
生活中多路輸出電源應用廣泛,但是多路輸出電源的交叉調整率是個頭疼的問題。今天,我們就來討論一下交叉調整率的改善之道!
如今,隨著產品功能的豐富、系統結構的復雜和電源體積的限制,越來越多的場景需要多種不同的電壓供電。因為電源結構簡單、易于輸出擴展,多路反激受到很大關注。
00 什么是交叉調整率?
在多路輸出的開關電源里面,利用變壓器的耦合關系,通過增加變壓器繞組的數量,在同一個磁回路上分攤其能量,來滿足多路的、不同電壓的電源輸出。
由于變壓器漏感以及寄生參數的存在,當其他路帶載時,對某一路輸出電壓會有一定影響。通常情況下,當主路輸出滿載,輔路輸出輕載時,輔路輸出電壓將上升。當主路輸出輕載,輔路輸出滿載時,輔路輸出電壓將下降。
那么交叉調整率概念公式如下所示:
S=?Vo/Vo?100% (最大電壓變化量與其對應的額定電壓的百分比)
01 交叉調整率改善之道其一:降低漏感法
利用繞組間的互感耦合傳遞能量,由于漏感存在,在現實當中變壓器的耦合系數不能做到1。副邊繞組與副邊繞組間的耦合不完全,造成LK1與LK2漏感大小不一樣,就會導致兩路分配到的電流不一致。
變壓器漏感是交叉調整率的根源,那么優化交叉調整率的核心是——降低漏感。
1. 從變壓器繞法入手,采用三明治繞法,使繞組間耦合更好。理論上來講繞組交疊越多,耦合越好,漏感越小。
圖2:降低漏感法1
2. 多路輸出電源副邊繞組之間的漏感也會對交叉調整率帶來較大影響。那么可以采用副邊繞組并繞,副邊繞組之間三明治繞法等方式來降低副邊繞組之間的漏感,改善交叉調整率。
圖3:降低漏感法2
02 交叉調整率改善之道其二:加權反饋法
它的原理在于犧牲一部分主輸出繞組的調整率,來增加另一路輸出繞組的調整率。
圖4:加權反饋法
根據如下公式可以看出,如果I3>I4,則Vo1在反饋中占據主要成分。在穩態條件下,Vo1的調整率會好于Vo2的調整率。
Vf=I?R2
I3=K1*I=(Vo1-Vf)/R3,K1為Vo1路權重
I4=K2*I=(Vo2-Vf)/R4,K2為Vo2路權重,K1+K2=1
在多路輸出的設計中分配原則是:主功率輸出路應該分配到相對大的采樣電流。那么可以根據兩路輸出的權重比來計算出采樣電阻的值。
其中,加權法優點在于:
線路簡單,方便實現
可自由選擇精度最好的一組
同樣缺點有:
不適合對輸出要求精度高的場合
僅用于副邊相互不隔離的應用
不能兩路輸出同時得到改善
03 交叉調整率改善之道其三:堆棧法
堆棧法僅是次級輸出的一種結構,可以和加權法等結合應用。堆棧法可分為直流疊加和交流疊加兩種。
圖5:堆棧法
堆棧法的交流疊加輸出具有如下優點:
調整率相比于獨立繞組改善可觀
繞組的圈數減少
同樣缺點也存在:
低壓繞組的線徑承受的電流是兩個輸出的總和
不能適用于負電壓輸出場合
直流疊加相比于交流疊加具有如下優點:
減少二極管D2的應力
同樣缺點也存在:
低壓繞組的線徑和整流二極管D3承受的電流是兩個輸出的總和
04 交叉調整率改善之道其四:二次穩壓法
在對于系統輸出精度較高的電路中同時功率也不是很大,可以在輸出中增加LDO、DCDC等電路來滿足電源需求。
圖6:二次穩壓法
LDO的價格相對便宜,但這種策略也有局限,當電路的輸出電流很大時,就會增加很大一部分的損耗,影響到器件的效率和可靠性。
DCDC電路在如今使用較多,它具有較高的精度,較高的效率。但是成本也會相對的增加。
05 交叉調整率改善之道其五:假負載法
假負載法主要用于改善輕載時的交叉調整率,并且會有不錯的效果,同樣帶來的問題就是空載損耗的增加。使用此方法時要注意空載損耗是否符合樣機的規格標準。
圖7:假負載法
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原文標題:交叉調整率的改善之道
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