精确调节式多路输出DC/DC变换器

精确调节式

  精确调节式变换器中,控制变量足够多,每路输出的稳压精度都较高,这一部分将分析三种典型的此类变换器。

  ①磁放大器式,自20世纪80年代以来，由于高频磁性材料的发展,在多路输出的高频电源适配器中使用高频可控饱和电感(磁放大器)作为其中一路的输出调节器成为可能,并在20世纪80年代末逐渐成熟起来｡图4-58给出了磁放大器式多路输出变换器的原理图,其中Uo1是主要输出,由PWM脉宽调制反馈:Uo2为非主要输出,经磁放大器反馈调节,由可控饱和电抗器Lt和控制电路组成,高频变压器二次侧串接L,再接到整流管VD3和LC输出滤波器设Lr的铁芯磁滞回线具有很好的矩形特性,Lx相当于一个”可控磁开关”｡当铁芯的磁工作点沿B-H回线增磁时,“磁开关”相当于于开路:La铁芯进入饱和,“磁开关”相当于短路,其复位(指磁通到达饱和后的去磁过程)由误差信号放大电路和复位电路产生的复位信号控制,改变了加到输出滤波器的电压林冲宽度,从而调节输出电压Uo2。

  这种多路输出DC/DC变换器适用于输出电流为一至几十安的场合,其优点主要是电路简单､可靠､高效,可以精确地调节输出电压;缺点主要是由于非线性元件的存在,反馈回路的设计较为困难,此例中,M=N=2,实现了每路精确稳压。

  ②同步整流器式,从20世纪70年代开始,人们尝试在变换器各输出支路上加辅助开关以消除各支路间的交叉调节,从而达到每路稳压的目的｡但这些变换器不是稳压效果不理想就是结构复杂､体积大､效率低,无法适应实际需要,而且,现在某些通信二次电源适配器要求采用低电压､大电流的供电方式,有的供电电压甚至低至1V左右,这样就导致了噪声裕度的要求｡同步整流技术的出现,恰好顺应了这个要求,20世纪80年代末,人们开始把同步整流技术应用于多路输出变换器,目前已经取得了比较理想的效果,图4-59示出了其中的一种。

  由于该电源适配器变换器的各输出支路结构相同,因此图中只画出第K条支路。其中V,为MOSFET主开关,Vfk1､Vfk2为同步整流MOSFET开关管,Lsk为去耦电感。Vf受前馈控制,栅极驱动信号完全由输入电压决定,Vfk1的开通和截止与Vf保持同步,Vfk2则受PWM反馈控制。

  该电源适配器电路的工作波形如图460所示｡可以看出,在Vf开通期间,Vfk1和Vfk2有一同时导通的时段,即变换器的死区时间,在这一时段里,电流通过N､L､Vm和Vm产生环流,能量无法传递到输出端,因此,该变换器可以通过改变该时段所占的比例Dk改变Vf对第K条支路的有效占空比。

  它的优点主要是：

  a,每路输出独立控制,实现了每条输出支路的高精度稳压,输出电压可低至1V左右

  b.主开关受变压器一次绕组的前馈信号控制,对于输人电压的变化,该电源适配器变换器能非常迅速地做出反应;

  C.输入输出之间无反馈回路,提高了变换器的靠性。

  其缺点主要是由于同步整流技术的应用以及降低死区损耗的要求,器件的选择和驱动电路的设计较为严格,而且当输出支路较多时成本较高｡此例中M=N+1,实现了每路精确稳压。

  以上介绍的两种精确调节式多路输出变换器都是通过在输出支路上加输出调节器(或称后置调节器)达到稳压目的的｡此外,还可以通过其他控制技术实现多路稳压,如PwM-PD(脉宽调制与脉冲延迟)技术。

  ③非隔离的多路输出DC/DC变换器种不带变压器的多路输出变换器的拓扑结构如图461所示,它应用了 PWM- PD控制技术｡整个变换器只需要两个开关Sl和S2就可以达到控制三个输出电压的目的｡变换器以周期T工作,当只有S1开通时,能量从输入端输送到输出端Uo3和Uo2;当S1、S2开通时,能量从输入端输送到输出端Ua和U2当S1､S2都开通时,能量从输人端送到三个端出端｡设S1和S2的控制信号的占空比分别为D.､D,D对D.延展为D4,三条输出支路的控制量分别为D4､D4+D和D｡为了获取独立的控制参数,D.､D和D4应满足下列条件:D<D2;D4+D>DD2>0

  该电源适配器变换器除了第一路稳压精度稍差外,其余  路输出的稳压精度都比较高,整个变换器的效率在80%~91%之间,在正常负载条件下,效率在89%左右,它的特点是输入输出回路之间没wMPa隔离式多输出变换器原理图

  变压器隔离,体积小,成本低｡因此,它非常适用于需要特别考虑变换器的体积和成本,而且输入,输出无需隔离的场合,此例中,M=N3,同样实现了每路精确稳压

  按变换器各输出支路的稳压效果分析了近年来变换器的多路输出技

  文献中提出的电路拓扑结构的基本工作原理和优缺点,并得出以下几点结论:

①正激式电源适配器变换器广泛应用干变换器的多路输出技术中,原因是其电路结构简单清晰,有变压器隔离,输出电压纹波小;

②DC/DC变换器多路输出技术的实质在于控制变量的选择,要实现多路精确稳压,必须增加控制变量的个数,使得它不少于输出支路的个数

③加权反馈式和磁放大器式多路输出变换器是目前较､较成熟的技术,并经常把两者结合起来使用④对于采用了同步整流输出调节器的多路输出变换器,其各路稳压精度高,并且适用于低电压､大电流的负载,可以说,把同步整流技术应用于变换器的多路输出是变换器多路输出技术的新发展｡