MOS管的電路知識(shí)

來源：寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟

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

由于在開關(guān)管開通期間，原邊電流不斷的上升，在Ton結(jié)束時(shí)達(dá)到峰值Ip。這個(gè)電流在開關(guān)斷開的瞬間，會(huì)被傳遞到副邊。理解交叉調(diào)整率非常重要的一點(diǎn)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(huì)指出最初傳遞到副邊電流的大多數(shù)會(huì)傳遞到漏感最小的那一路輸出。如果這一路沒有用做開關(guān)管PWM的反饋控制，那么它的峰值就會(huì)很高。相反，如果這一路用于開關(guān)管PWM的反饋控制，那么其他路的輸出就會(huì)受到降低。

另外一個(gè)于交叉調(diào)整率相關(guān)的非常重要的特征就是非反饋繞組輸出的匝數(shù)。具體來講，為了保正輸出電壓在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，需要增加或減少他們的匝數(shù)或者是調(diào)節(jié)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(nèi)，這必然會(huì)增加調(diào)試的時(shí)間。在許多情況下，往往需要增加額外的線性或開關(guān)穩(wěn)壓電路來解決由于交叉調(diào)整率帶來多路輸出電壓不能達(dá)到規(guī)定誤差范圍內(nèi)的問題。

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

原來，在MOS關(guān)斷，次級(jí)輸出時(shí)能量的分配是有規(guī)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(gè)可以證明，把其他路等效到一路就可得出結(jié)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(diào)整率的問題，但如果漏感不匹配時(shí)，就會(huì)有很多方面影響到輸出調(diào)整率：

1、次級(jí)漏感，這是明顯的;

2、輸入電壓，如果設(shè)計(jì)不是很連續(xù)，則在高壓時(shí)進(jìn)入DCM狀態(tài)，DCM時(shí)由于電流沒有后面的平臺(tái)，漏感影響更顯著。

改進(jìn)方法：

01變壓器工藝

讓功率比較大，電壓比較低的繞組最靠近初級(jí)，其漏感最小，電壓比較高，功率比較小的遠(yuǎn)離初級(jí)，這樣就增加了其漏感。

02電路方法

電壓輸出較高的繞組在整流管前面加一個(gè)小的磁珠或一個(gè)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(wěn)定。

03電壓相近的輸出

如：3.3V、5V，按我們的解釋其漏感應(yīng)該差別很小，這時(shí)就要把這兩個(gè)繞組繞在同一層里面，甚至有時(shí)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。

04電壓不平衡

另外有時(shí)候電壓不平衡是由于算出的匝數(shù)不為整數(shù)造成的，如半匝，當(dāng)然半匝是有辦法繞的，但半匝的繞法也是很危險(xiǎn)的(可參考其他資料)，這時(shí)我們可以通過二極管的壓降來調(diào)整，如12V用7匝，5V用3匝，如果發(fā)現(xiàn)12V偏高，則12V借用5V的3匝，但剩下的4匝的起點(diǎn)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(fù)載變化時(shí)，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(huì)通過反饋調(diào)整，這樣也間接控制了12V。

多路輸出反激變換器往往只對(duì)主輸出采用閉環(huán)反饋穩(wěn)壓，而輔輸出則開環(huán)不反饋。當(dāng)變壓器為理想以及二極管壓降可忽略時(shí)，在連續(xù)導(dǎo)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(wěn)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(dāng)主、輔輸出負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輔輸出由于開環(huán)，其輸出電壓會(huì)發(fā)生較大變化，交叉調(diào)整率比較差。

對(duì)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(jìn)行反饋調(diào)節(jié)控制,以保證在輸入電壓及負(fù)載變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)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(shù)比的關(guān)系,即只要使主輸出電壓保持穩(wěn)定,則輔助輸出電壓也能保持穩(wěn)定。

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

通常當(dāng)主輸出滿載,輔助輸出輕載時(shí),輔助輸出電壓將升高;而當(dāng)主輸出輕載,輔助輸出滿載時(shí),輔助輸出電壓將降低。這就是多路輸出的負(fù)載交叉調(diào)整率問題。

目前,改進(jìn)多路輸出開關(guān)電源的交叉調(diào)整率的方法可分為無源和有源兩類。有源的方法(加后級(jí)調(diào)節(jié)控制) 雖然具有高穩(wěn)壓精度,但電源的可靠性、效率和復(fù)雜性不如無源的方法好。

介紹四種改善多路輸出開關(guān)電源交叉調(diào)整率的無源設(shè)計(jì)方法:

01 輸出電壓加權(quán)反饋控制

利用加權(quán)的原理,把主輸出電壓和輔助輸出電壓按一定的權(quán)重比例進(jìn)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?qū)φ伎毡绕鸬揭欢ǖ恼{(diào)節(jié)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(diào)整率。

02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(yīng),改善電感電流脈動(dòng),從而保持多路輸出電壓間的比例關(guān)系,改善負(fù)載交叉調(diào)整率。

03變壓器各繞組耦合優(yōu)化

對(duì)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(jí)繞組的耦合程度對(duì)輸出阻抗也有很大影響,所以設(shè)計(jì)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(jí)繞組要耦合的最好,這些都有利于提高交叉調(diào)整率。

03鉗位電路的設(shè)計(jì)

漏感會(huì)導(dǎo)致變壓器電壓的尖峰,對(duì)于反激變換器,該尖峰會(huì)直接引起輔助輸出輕載時(shí)輸出電壓的攀升。如果能保持嵌位電壓的大小略高于次級(jí)反射電壓,則多路輸出反激式開關(guān)電源的交叉調(diào)整率能得到極大的改進(jìn)。

審核編輯：湯梓紅