【多路輸出開關電源的電路架構探析綜述3000字】

多路輸出開關電源的電路架構分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u31818多路輸出開關電源的電路架構分析綜述 1263792.1多路輸出開關電源拓撲的選擇 1161122.1.1反激多路輸出開關電源拓撲 1138162.1.2正激多路輸出開關電源拓撲 2161682.2基于推挽拓撲的新型多路輸出開關電源電路 3通過了前面對于現(xiàn)有多路輸出技術的介紹，在本章當中，將針對現(xiàn)有多路輸出技術的不足，提出一種新型的多路輸出開關電源的電路架構方案。該方案具有控制簡單，動態(tài)響應快，實用性強的優(yōu)點。2.1多路輸出開關電源拓撲的選擇在本文介紹的多路輸出開關電源電路架構方案將采用了市電輸入作為供電電源。常用的市電輸入的多路輸出開關電源拓撲采用了隔離式多路輸出開關電源拓撲，即反激、正激、推挽、半橋、全橋。由于半橋和全橋主要用于大功率電路，而本文設計的多路輸出開關電源將主要用于中小功率的場合，因此在下面部分將主要對如圖2-1至2-3所示的反激、正激以及推挽這三種隔離式的多路輸出開關電源拓撲進行分析，選擇一種適用于本文介紹的多路輸出開關電源電路的拓撲。2.1.1反激多路輸出開關電源拓撲反激多路輸出開關電源適用于中小功率的應用場合。其是根據(jù)Buck-Boost衍生而來的隔離式開關電源拓撲，通過變壓器取代Buck-Boost拓撲中的電感。因此，反激多路輸出開關電源電路的次級輸出回路無需輸出濾波電感，這樣就大大減小了系統(tǒng)的體積，并且很好的降低了成本。反激多路輸出開關電源電路不需要像正激多路輸出開關電源電路要額外增加變壓器的復位電路，同時其開關管漏極的峰值電壓也比正激多路輸出開關電源小。因此可以使得反激多路輸出開關電源電路有較為寬的電壓輸入范圍。圖2-1反激多路輸出開關電源拓撲由于反激多路輸出開關電源變壓器特殊的工作特征，使得其變壓器所需要承受的電流的直流分量會相對較高，為了防止變壓器磁飽和，往往反激多路輸出開關電源的變壓器都需要增加氣隙。這樣會造成其變壓器的漏感的增加，不僅增加了損耗，同時也使其必須增加箝位電路以限制開關管漏極的尖峰電壓。并且，相比較其他的中小功率的多路輸出開關電源拓撲，反激多路輸出開關電源的輸出紋波抑制效果也較為差些。2.1.2正激多路輸出開關電源拓撲正激多路輸出開關電源電路也是常用于中小功率的多路輸出開關電源電路拓撲。正激多路輸出開關電源電路的工作原理是，當開關管導通時，正激多路輸出開關電源的變壓器的初級線圈被直流電壓激勵，變壓器的次級線圈向負載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說明正激多路輸出開關電源電路的輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較好；只有在開關管關斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時提供，此時輸出電壓雖然受負載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負載電流對輸出電壓的影響也很小。圖2-2正激多路輸出開關電源拓撲與反激多路輸出開關電源電路相比，正激多路輸出開關電源的各路輸出均需要大的輸出濾波電感和續(xù)流二極管。同時在開關管導通期間，磁化電流的能量會存儲在變壓器的激磁電感中。因此在開關管導通期間，就需要提供磁場能量的釋放電路。這就帶來了各種正激多路輸出開關電源的復位方式。如復位繞組，諧振退磁，RCD箝位。這些也會造成正激多路輸出開關電源電路比反激多路輸出開關電源電路復雜。而且在正激多路輸出開關電源關斷期間開關管所承受的電壓應力也比反激多路輸出開關電源的高，通常為輸入電壓的兩倍。但是正激多路輸出開關電源電路的變壓器不像反激多路輸出開關電源電路的變壓器那樣受到變壓器儲能的限制，這樣促使了其輸出功率叫反激多路輸出開關電源大。同時由于輸出濾波電感的作用，其負載的電壓紋波也相對反激多路輸出開關電源較小，這也保證了其有較強的帶負載能力。2.2基于推挽拓撲的新型多路輸出開關電源電路在多路輸出開關電源系統(tǒng)中，由于各路輸出的工作情況不一樣，即帶負載的情況不盡相同。如果只采用主輸出有反饋控制回路，其他從輸出開環(huán)控制的情況，從輸出的輸出電壓會受其負載的變化以及主輸出的負載變化而產(chǎn)生較大的波動。因此就有了各種各樣的多路輸出技術來解決這類問題。如緒論所介紹，常用的多路輸出技術主要分為交叉調(diào)節(jié)類和精確調(diào)節(jié)類。交叉調(diào)節(jié)類的方法無法做到各路的精確調(diào)節(jié)，同時對于輸出回路的增加，這類控制方法的連接方式，體積大等弊端又會顯露無疑。精確調(diào)節(jié)類的方法保證每路輸出都能得到反饋控制，從而為每路輸出都能得到精確控制創(chuàng)造了條件。然而現(xiàn)有的精確調(diào)節(jié)類的電路設計較為復雜，同時成本也較高，性價比低。這些原因也限制了精確調(diào)節(jié)類多路輸出開關電源技術的大規(guī)模應用?，F(xiàn)有的多路輸出技術主要集中在增加輸出電壓控制量的方法來提高輸出電壓的精度，但是這樣會大大增加電路設計的復雜性，而實際控制效果也并不會太理想。本文所設計的多路輸出開關電源電路將打破這一設計思路，不采用后級控制的方法，而是通過改進前級的控制來改進多路輸出開關電源調(diào)節(jié)的問題。由于采用了推挽作為多路輸出開關電源電路的主拓撲，因此可以保證系統(tǒng)擁有較高的導通占空比。系統(tǒng)的開關管控制沒有從后級引入反饋來控制開關管的導通和關斷，而是在前級采用了能產(chǎn)生固定占空比和頻率的電路直接控制，這樣就可以避免了后級因為負載的不同而對前級占空比的影響。如果這里假設圖2-4所對應的電路參數(shù)為理想情況，此時兩個開關管的各自導通占空比可以工作在圖2-4基于推挽拓撲的固定占空比控制的新型多路輸出開關電源電路50%。這樣就保證了在推挽拓撲多路輸出開關電源電路在一個工作周期期間，輸入的電源能始終向輸出端傳遞能量，這樣在輸出端的負載發(fā)生變化的情況下，系統(tǒng)能很快的做出反應。為了保證各路輸出電壓的穩(wěn)定，這里需要做到的是為此推挽拓撲多路輸出開關電源提供一個穩(wěn)定的母線直流變換器。這樣，在理想情況下開關管工作在50%的占空比時候，輸出端與母線直流變換器的輸入電壓的關系表達式為由此可以看出系統(tǒng)良好的輸出特性。圖2-5為理想情況下，圖2-4所示的基于推挽拓撲的新型多路輸出開關電源關鍵點參數(shù)的波形。圖2-5理想情況下基于推挽拓撲的新型多路輸出開關電源的關鍵性參數(shù)波形在實際的過程中，由于開關管不是理想器件，必定需要預留一定的死區(qū)時間以防止開關管的同時導通，因此，實際工作的時候推挽多路輸出開關電源的關鍵性參數(shù)波形如圖2-6所示。同時兩路輸出電壓的數(shù)學表達式將變?yōu)椋瑘D2-6考慮死區(qū)時間影響的基于推挽拓撲的新型多路輸出開關電源關鍵性參數(shù)的波形這樣輸出電壓就會受到死區(qū)時間大小的影響。而且開關管的導通占空比往往會在改變頻率后受到影響，這樣就極大的降低了設計的靈活性。同時，這種電路結構的次級是用全波整流的方式，此時次級的變壓器就要采用中間抽頭的方式。而如果采用全橋整流的方式，則會使得在開關管導通期間，這一路額外多出了一個二極管的導通壓降，這樣在小電壓輸出的情況會影響電路的精度。同時，每一路輸出都有連接輸出濾波電感，如果輸出電路較多的情況下，會占據(jù)較大的體積?？紤]到這些原因，將上述圖2-4的電路進行改進，得到圖2-7所示改進后的基于推挽拓撲的固定占空比控制的多路輸出開關電源電路方案。在這里通過改