多路輸出DC/DC變換器的分類_DC/DC變換器的多路輸出技術(shù)電路圖

　　在開關(guān)電源中使用多路輸出變換器可以降低成本，提高效率。介紹了多路輸出DC/DC變換器的分類，并結(jié)合幾種典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)討論了變換器多路輸出的實(shí)現(xiàn)方法和每一種電路的優(yōu)缺點(diǎn)。指出了變換器多路輸出技術(shù)的實(shí)質(zhì)和新發(fā)展

　　多路輸出變換器的分類

　　1）交叉調(diào)節(jié)式

　　變換器對(duì)一路或少數(shù)幾路輸出電壓做到精確調(diào)節(jié)，而其他各路的輸出電壓的調(diào)節(jié)精度都較低。

　　2）精確調(diào)節(jié)式

　　變換器對(duì)全部各路輸出電壓都做到精確調(diào)節(jié)。

　　帶有變壓隔離器的DC/DC變換器，其輸出與輸入由變壓器隔離，可以通過增加變壓器副邊繞組數(shù)目的辦法來實(shí)現(xiàn)多路輸出。通常是利用正激型或反激型DC/DC變換器，增加變壓器副邊繞組數(shù)目便可實(shí)現(xiàn)多路輸出。

　　DC/DC變換器的多路輸出技術(shù)電路圖

　　1、多副邊繞組式

　　多副邊繞組式是最簡(jiǎn)單的、應(yīng)用最早的一種多路輸出技術(shù)。選擇一路輸出作為主輸出，對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)負(fù)反饋控制，使其達(dá)到穩(wěn)壓精度的要求。而其他各路只經(jīng)整流、濾波輸出，穩(wěn)壓精度和紋波等技術(shù)指標(biāo)都較低。

　　2、耦合電感式

　　耦合電感式多路輸出DC/DC變換器的原理圖如圖1所示。圖中只畫出了兩路輸出。其輸出電壓Uo2除由變壓器調(diào)節(jié)外，還受兩個(gè)耦合電感L1和L2的調(diào)節(jié)。輸出電壓Uo1由PWM來控制開關(guān)管的關(guān)斷和導(dǎo)通，以期達(dá)到Uo1的穩(wěn)壓精度的要求。由變換器本身引起的Uo1的變化，同樣也引起Uo2的變化。對(duì)Uo1調(diào)節(jié)效果，通過變壓器和耦合電感器反映到對(duì)Uo2的調(diào)節(jié)效果。這種調(diào)節(jié)方式，對(duì)主輸出以外的各路輸出電壓的穩(wěn)定性具有一定的改善作用，尤其是各輔助輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度大大提高。但是，變壓器和耦合電感器的漏電感與繞組電阻會(huì)使各路輔助輸出存在較大的交叉調(diào)節(jié)誤差。這就要求各輔助輸出的輸出電壓不能太低，否則交叉調(diào)節(jié)誤差的絕對(duì)影響太大。圖1中，U。：通過PWM能得到較高的穩(wěn)壓精度，但由于M=1，N=2，不滿足M≥N的條件，所以U。：無法得到精確調(diào)節(jié)。

　　3、電壓加權(quán)反饋式

　　電壓加權(quán)反饋式多路輸出DC/DC變換器的原理圖如圖2所示。圖中僅畫出了兩路輸出。該電路對(duì)變換器的各路輸出進(jìn)行電壓加權(quán)反饋控制，使各路的輸出電壓得到一定的調(diào)節(jié)。通過迭代的方法找出適宜的加權(quán)系數(shù)，使各路輸出電壓在設(shè)計(jì)所限定的范圍內(nèi)變化。如果找不到滿意的加權(quán)系數(shù)，就得降低設(shè)計(jì)要求，重新選定加權(quán)系數(shù)。

　　加權(quán)反饋式的主要優(yōu)點(diǎn)是每路俞出的穩(wěn)壓精度都會(huì)有所改善，電路的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，輔助輸出電壓不像耦合電感式那樣輸出太低，而是可以做到輸出電壓在5V左右。但是，由于反饋控制信號(hào)是每路輸出的加權(quán)和，所以，所有各路輸出都做不到準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，它只能通過改變加權(quán)系數(shù)來改變輸出誤差在各路輸出的分配，而不能消除誤差。在圖2中，由于M=l，N=2，不滿足M≥N的條件，所以每路輸出均無法得到精確調(diào)節(jié)。

　　4、同步整流式

　　同步整流式多路輸出DC/DC變換器的原理圖如圖3所示。各路結(jié)構(gòu)相同，圖中僅畫出了第i路。其中Vi1為主開關(guān)管，Vi2和Vi3為同步整流開關(guān)管，T為有i個(gè)副邊繞組的變壓隔離器，Lil為去耦電感，，LioCio為輸出濾波器。Vil的控制信號(hào)ugVil對(duì)輸入電壓Vcc實(shí)施斬波控制，Vi2與Vi1同步，即兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷。Vi3受PWM反饋控制。

　　圖4是圖3電路的開關(guān)管控制信號(hào)的時(shí)序圖。從圖中可以看出，在Vil和Vi2同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)段內(nèi)，有一個(gè)時(shí)段與Vi3導(dǎo)通相重合，這個(gè)重合時(shí)段為變換器的死區(qū)時(shí)間Di。因?yàn)樵谒绤^(qū)時(shí)間內(nèi)，電流iLil通過副邊繞組Nis、去耦電感Li1、開關(guān)管Vi3和Vi2形成環(huán)路，不能將能量傳輸?shù)截?fù)載。因此，改變死區(qū)時(shí)間Di便可改變第i路的輸出電壓值。

　　由于每路輸出是獨(dú)立控制的，不存在交叉問題，所以每路輸出均可得到精確調(diào)節(jié)。輸出電壓可以做得很低，最低可達(dá)1V左右。主開關(guān)管Vil受變壓器T的原邊繞組的前饋信號(hào)控制，所以對(duì)于輸入電壓的變化，變換器能夠有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該電路的輸人和輸出之間是隔離的，并且不存在反饋回路，所以其可靠性較高。該電路M=N+1，所以實(shí)現(xiàn)每路輸出都精確穩(wěn)壓。但是，由于每路輸出是獨(dú)立控制，所以當(dāng)路數(shù)較多時(shí)，電路的成本較高。同步整流技術(shù)的采用、設(shè)計(jì)控制電路、降低死區(qū)損耗，均使得該電路的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格。這限制了同步整流式多路輸出DC/DC變換器在普通開關(guān)穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用。

　　5、磁放大器式

　　從20世紀(jì)80年代起，高頻磁性材料的研發(fā)和生產(chǎn)有了飛速的發(fā)展，在多路輸出高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源中，出現(xiàn)了利用高頻可控飽和電感，即磁放大器來調(diào)節(jié)其中一路的輸出。磁放大器式多路輸出DC/DC變換器的原理圖如圖5所示。圖中，Uo1為主路輸出，用PWM來進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。Uo2為輔助輸出，用磁放大器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。磁放大器由控制器和飽和電感LT組成，LT的一端接到變壓器副邊繞組N2，另一端接整流二極管V4，再經(jīng)L2C2組成的濾波器給負(fù)載提供能量。如果LT的磁滯回線具有良好的矩形特性（如圖6所示），要求LT用具有較高剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br的磁性材料來制作。這樣，可將LT視為一個(gè)“可控磁開關(guān)”。當(dāng)磁心的工作點(diǎn)沿B-H回線增磁時(shí)，“磁開關(guān)”相當(dāng)于開路;當(dāng)磁心進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，“磁開關(guān)”相當(dāng)于短路?？刂破饔烧`差放大器和復(fù)位電路組成，誤差放大器取樣輸出電壓Uo2的變化，控制“磁開關(guān)”LT，而復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)崩米便進(jìn)入飽和的LT復(fù)位。這樣以來，便可精確調(diào)節(jié)Uo2。

　　磁放大器式的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，可以做到精確調(diào)節(jié)輸出電壓。一般用于中電流場(chǎng)合，如幾安培到幾十安培。但是由于“磁開關(guān)”L-r具有非線性特性，控制反饋電路的設(shè)計(jì)難度較大。在圖5所示的電路中，M=2，N=2，可以實(shí)現(xiàn)每路輸出的精確控制。