【多路輸出開關(guān)電源的電路架構(gòu)探析綜述3000字】

多路輸出開關(guān)電源的電路架構(gòu)分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u31818多路輸出開關(guān)電源的電路架構(gòu)分析綜述 1263792.1多路輸出開關(guān)電源拓?fù)涞倪x擇 1161122.1.1反激多路輸出開關(guān)電源拓?fù)?1138162.1.2正激多路輸出開關(guān)電源拓?fù)?2161682.2基于推挽拓?fù)涞男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源電路 3通過了前面對于現(xiàn)有多路輸出技術(shù)的介紹，在本章當(dāng)中，將針對現(xiàn)有多路輸出技術(shù)的不足，提出一種新型的多路輸出開關(guān)電源的電路架構(gòu)方案。該方案具有控制簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。2.1多路輸出開關(guān)電源拓?fù)涞倪x擇在本文介紹的多路輸出開關(guān)電源電路架構(gòu)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(guān)電源拓?fù)洳捎昧烁綦x式多路輸出開關(guān)電源拓?fù)?，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(shè)計(jì)的多路輸出開關(guān)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(guān)電源拓?fù)溥M(jìn)行分析，選擇一種適用于本文介紹的多路輸出開關(guān)電源電路的拓?fù)洹?.1.1反激多路輸出開關(guān)電源拓?fù)浞醇ざ嗦份敵鲩_關(guān)電源適用于中小功率的應(yīng)用場合。其是根據(jù)Buck-Boost衍生而來的隔離式開關(guān)電源拓?fù)?，通過變壓器取代Buck-Boost拓?fù)渲械碾姼小Ｒ虼?，反激多路輸出開關(guān)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(guān)電源電路不需要像正激多路輸出開關(guān)電源電路要額外增加變壓器的復(fù)位電路，同時(shí)其開關(guān)管漏極的峰值電壓也比正激多路輸出開關(guān)電源小。因此可以使得反激多路輸出開關(guān)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(guān)電源拓?fù)溆捎诜醇ざ嗦份敵鲩_關(guān)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(guān)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(shí)也使其必須增加箝位電路以限制開關(guān)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(guān)電源拓?fù)?，反激多路輸出開關(guān)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(guān)電源拓?fù)湔ざ嗦份敵鲩_關(guān)電源電路也是常用于中小功率的多路輸出開關(guān)電源電路拓?fù)?。正激多路輸出開關(guān)電源電路的工作原理是，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，正激多路輸出開關(guān)電源的變壓器的初級線圈被直流電壓激勵(lì)，變壓器的次級線圈向負(fù)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(shí)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(guān)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(guān)管關(guān)斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時(shí)提供，此時(shí)輸出電壓雖然受負(fù)載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負(fù)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(guān)電源拓?fù)渑c反激多路輸出開關(guān)電源電路相比，正激多路輸出開關(guān)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(shí)在開關(guān)管導(dǎo)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(guān)管導(dǎo)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(guān)電源的復(fù)位方式。如復(fù)位繞組，諧振退磁，RCD箝位。這些也會造成正激多路輸出開關(guān)電源電路比反激多路輸出開關(guān)電源電路復(fù)雜。而且在正激多路輸出開關(guān)電源關(guān)斷期間開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力也比反激多路輸出開關(guān)電源的高，通常為輸入電壓的兩倍。但是正激多路輸出開關(guān)電源電路的變壓器不像反激多路輸出開關(guān)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(guān)電源大。同時(shí)由于輸出濾波電感的作用，其負(fù)載的電壓紋波也相對反激多路輸出開關(guān)電源較小，這也保證了其有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。2.2基于推挽拓?fù)涞男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源電路在多路輸出開關(guān)電源系統(tǒng)中，由于各路輸出的工作情況不一樣，即帶負(fù)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(fù)載的變化以及主輸出的負(fù)載變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。因此就有了各種各樣的多路輸出技術(shù)來解決這類問題。如緒論所介紹，常用的多路輸出技術(shù)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(shí)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(shè)計(jì)較為復(fù)雜，同時(shí)成本也較高，性價(jià)比低。這些原因也限制了精確調(diào)節(jié)類多路輸出開關(guān)電源技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用?，F(xiàn)有的多路輸出技術(shù)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(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而實(shí)際控制效果也并不會太理想。本文所設(shè)計(jì)的多路輸出開關(guān)電源電路將打破這一設(shè)計(jì)思路，不采用后級控制的方法，而是通過改進(jìn)前級的控制來改進(jìn)多路輸出開關(guān)電源調(diào)節(jié)的問題。由于采用了推挽作為多路輸出開關(guān)電源電路的主拓?fù)?，因此可以保證系統(tǒng)擁有較高的導(dǎo)通占空比。系統(tǒng)的開關(guān)管控制沒有從后級引入反饋來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)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?yàn)樨?fù)載的不同而對前級占空比的影響。如果這里假設(shè)圖2-4所對應(yīng)的電路參數(shù)為理想情況，此時(shí)兩個(gè)開關(guān)管的各自導(dǎo)通占空比可以工作在圖2-4基于推挽拓?fù)涞墓潭ㄕ伎毡瓤刂频男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源電路50%。這樣就保證了在推挽拓?fù)涠嗦份敵鲩_關(guān)電源電路在一個(gè)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(fù)載發(fā)生變化的情況下，系統(tǒng)能很快的做出反應(yīng)。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?fù)涠嗦份敵鲩_關(guān)電源提供一個(gè)穩(wěn)定的母線直流變換器。這樣，在理想情況下開關(guān)管工作在50%的占空比時(shí)候，輸出端與母線直流變換器的輸入電壓的關(guān)系表達(dá)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?fù)涞男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)的波形。圖2-5理想情況下基于推挽拓?fù)涞男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源的關(guān)鍵性參數(shù)波形在實(shí)際的過程中，由于開關(guān)管不是理想器件，必定需要預(yù)留一定的死區(qū)時(shí)間以防止開關(guān)管的同時(shí)導(dǎo)通，因此，實(shí)際工作的時(shí)候推挽多路輸出開關(guān)電源的關(guān)鍵性參數(shù)波形如圖2-6所示。同時(shí)兩路輸出電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式將變?yōu)椋瑘D2-6考慮死區(qū)時(shí)間影響的基于推挽拓?fù)涞男滦投嗦份敵鲩_關(guān)電源關(guān)鍵性參數(shù)的波形這樣輸出電壓就會受到死區(qū)時(shí)間大小的影響。而且開關(guān)管的導(dǎo)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(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，這種電路結(jié)構(gòu)的次級是用全波整流的方式，此時(shí)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(guān)管導(dǎo)通期間，這一路額外多出了一個(gè)二極管的導(dǎo)通壓降，這樣在小電壓輸出的情況會影響電路的精度。同時(shí)，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(jìn)行改進(jìn)，得到圖2-7所示改進(jìn)后的基于推挽拓?fù)涞墓潭ㄕ伎毡瓤刂频亩嗦份敵鲩_關(guān)電源電路方案。在這里通過改