淺析電源多路輸出交叉調整率的產生原因和改進方法

電源多路輸出交叉調整率的產生原因和改進方法。

理論上反激電源比正激電源更使用于多路輸出，但實際上反擊電源的多路輸出交叉調整率比正激電源更難做，這主要是正激后面加了個偶合電感，而反激的漏感不是零。

由于在開關管開通期間，原邊電流不斷的上升，在Ton結束時達到峰值Ip。這個電流在開關斷開的瞬間，會被傳遞到副邊。理解交叉調整率非常重要的一點是，傳遞到副邊的電流是如何被副邊的多路輸出所分配的。文中會指出最初傳遞到副邊電流的大多數會傳遞到漏感最小的那一路輸出。如果這一路沒有用做開關管PWM的反饋控制，那么它的峰值就會很高。相反，如果這一路用于開關管PWM的反饋控制，那么其他路的輸出就會受到降低。

另外一個于交叉調整率相關的非常重要的特征就是非反饋繞組輸出的匝數。具體來講，為了保正輸出電壓在規定的誤差范圍內，需要增加或減少他們的匝數或者是調節反饋反饋繞組的輸出。為了使所有的輸出在一定的誤差范圍內，這必然會增加調試的時間。在許多情況下，往往需要增加額外的線性或開關穩壓電路來解決由于交叉調整率帶來多路輸出電壓不能達到規定誤差范圍內的問題。

很多人做反激電源時都遇到這個問題，一路輸出穩定性非常好，但多路輸出時沒有直接取反饋的路的電壓會隨其他路的負載變化而劇烈變化，這是什么原因呢？

原來，在MOS關斷，次級輸出時能量的分配是有規律的，它是按漏感的大小來分配，具體是按匝比的平方來分配（這個可以證明，把其他路等效到一路就可得出結果）如：5V 3匝，漏感1uH，12V 7匝，如果漏感為（7/3）2*1=5.4uH，則兩路輸出的電流變化率是一樣的，沒有交叉調整率的問題，但如果漏感不匹配時，就會有很多方面影響到輸出調整率：

1次級漏感，這是明顯的；

2輸入電壓，如果設計不是很連續，則在高壓時進入DCM狀態，DCM時由于電流沒有后面的平臺，漏感影響更顯著。

改進方法：

1變壓器工藝，讓功率比較大，電壓比較低的繞組最靠近初級，其漏感最小，電壓比較高，功率比較小的遠離初級，這樣就增加了其漏感。

2電路方法，電壓輸出較高的繞組在整流管前面加一個小的磁珠或一個小的電感，人為增加其漏感，這樣電流的變化率就接近于主輸出，電壓就穩定。

3電壓相近的輸出，如：3.3V、5V，按我們的解釋其漏感應該差別很小，這時就要把這兩個繞組繞在同一層里面，甚至有時候5V要借用3.3的繞組，也就是所謂的堆疊繞法，來保證其漏感比。

4另外有時候電壓不平衡是由于算出的匝數不為整數造成的，如半匝，當然半匝是有辦法繞的，但半匝的繞法也是很危險的（可參考其他資料），這時我們可以通過二極管的壓降來調整，如12V用7匝，5V用3匝，如果發現12V偏高，則12V借用5V的3匝，但剩下的4匝的起點從5V輸出的整流管后面連接，則12V的整流管的壓降為兩組輸出整流管的壓降和，如：0.5（5V）+0.7（12V）=1.2V，另外12V輸出負載變化時，其電流必然引起5V整流管的壓降變化，也就是5V輸出變化，而5V的變化會通過反饋調整，這樣也間接控制了12V。

多路輸出反激變換器往往只對主輸出采用閉環反饋穩壓，而輔輸出則開環不反饋。當變壓器為理想以及二極管壓降可忽略時，在連續導通CCM模式下，多路輸出反激變換器的主、輔輸出的電壓都比較穩定。但由于變壓器的非理想性(存在漏感以及線圈電阻)以及二極管壓降不可忽略，當主、輔輸出負載發生變化時，輔輸出由于開環，其輸出電壓會發生較大變化，交叉調整率比較差。

對于多路輸出的情況,通常只有輸出電壓低、輸出電流變化范圍大的一路作為主電路進行反饋調節控制,以保證在輸入電壓及負載變化時保持輸出電壓穩定。

理想情況下,輔助輸出電壓與主輸出電壓滿足變壓器匝數比的關系,即只要使主輸出電壓保持穩定,則輔助輸出電壓也能保持穩定。

但實際上由于受變壓器各個繞組間的漏感、繞組的電阻、電流回路寄生參數等的影響,輔助輸出電壓隨輸出負載的變化而變化。

通常當主輸出滿載,輔助輸出輕載時,輔助輸出電壓將升高;

而當主輸出輕載,輔助輸出滿載時,輔助輸出電壓將降低。

這就是多路輸出的負載交叉調整率問題。

目前,改進多路輸出開關電源的交叉調整率的方法可分為無源和有源兩類。有源的方法(加后級調節控制) 雖然具有高穩壓精度,但電源的可靠性、效率和復雜性不如無源的方法好。

介紹四種改善多路輸出開關電源交叉調整率的無源設計方法:

1. 輸出電壓加權反饋控制

利用加權的原理,把主輸出電壓和輔助輸出電壓按一定的權重比例進行取樣反饋,從而使輔助輸出電壓也能像主輸出電壓一樣,能夠對占空比起到一定的調節作用,使輔助輸出電壓的變化得到一定程度的改善,從而提高輸出電壓的交叉調整率。

2. 各路輸出濾波電感的耦合

通過電感耦合,使多路輸出電流變化量相互感應,改善電感電流脈動,從而保持多路輸出電壓間的比例關系,改善負載交叉調整率。

3. 變壓器各繞組耦合優化

對多路輸出的電源,其輸出阻抗直接決定了輸出電壓的變化,輸出阻抗與各輸出繞組間的漏感成正比,而初、次級繞組的耦合程度對輸出阻抗也有很大影響,所以設計多路輸出高頻變壓器要使各輸出繞組間緊密耦合,且輸出電流變化范圍大的繞組(主輸出繞組) 與初級繞組要耦合的最好,這些都有利于提高交叉調整率。

4. 鉗位電路的設計

漏感會導致變壓器電壓的尖峰,對于反激變換器,該尖峰會直接引起輔助輸出輕載時輸出電壓的攀升。如果能保持嵌位電壓的大小略高于次級反射電壓,則多路輸出反激式開關電源的交叉調整率能得到極大的改進。

審核編輯：劉清