電源適配器適配器多輸出混合調(diào)整系統(tǒng)

使用集成磁性元件和各種模擬技術(shù)，已展示了一個(gè)寬范圍組合的可能性。在許多情況下，這些組合而成的變換器難以被清楚地區(qū)分。對(duì)每種組合要了解其優(yōu)缺點(diǎn)，例如在Cuk變換器中，通過(guò)將輸出和輸入扼流圈組合可以將輸入和輸出的紋波電壓抑制到零。因此變換器組合可以提供一些非常有用的特性。

對(duì)各種組合有充分了解的電源適配器設(shè)計(jì)者能夠?yàn)樘厥鈶?yīng)用選擇較合適的組合，這的確是非常強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)工具。

許多技術(shù)的完整介紹不在本書范圍，但以下章節(jié)介紹了一種特別有用的結(jié)構(gòu)。若需要更多的信息，感興趣的工程師應(yīng)學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)中的許多優(yōu)秀的論文和書籍。

降壓變換器，與DC-DC變換器串聯(lián)

下面章節(jié)僅考慮一種應(yīng)用較為廣范和易懂的降壓變換器結(jié)構(gòu)，該調(diào)節(jié)器與方波自激電壓反饋DC-DC變換器串聯(lián)。圖表示了使用MOSFET的該變換器的方框圖。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于多輸出離線開關(guān)模式電源適配器特別有用。

工作原理

簡(jiǎn)言之，圖2。18。1的例子中，輸入降壓變換器中的MOSFET、L1和D1將輸入高電壓（300V）降低到更易操作的、經(jīng)預(yù)調(diào)節(jié)的200V直流電壓并供給推挽DC變壓器的MOSFET2、MOSFET3和T1。DC變換器的主輸出到降壓變換器形成閉環(huán)控制以恒定輸出，因此其他的輔助輸出近似不變。

在推挽工作中，DC變壓器的場(chǎng)效應(yīng)管至少要承受兩倍的預(yù)調(diào)節(jié)電源適配器電壓的過(guò)電壓在降壓變換器中，通過(guò)減小該電壓和去除輸入變化，極大地減少了變換器場(chǎng)效應(yīng)管所承受的過(guò)電壓，并提高了可靠性。

5V輸出電壓經(jīng)放大器A1和光耦合器OC1形成控制閉環(huán)，具有非常好的調(diào)節(jié)作用。因此，降壓變換器將加到DC變壓器的DC電源適配器維持在使5V輸出電壓恒定的水平上。由于變換器部分的輸入幾乎完全與交流電源適配器隔離，使變換器開關(guān)元件所受的過(guò)電壓小得多，這將減小輸出紋波并改善可靠性。

更進(jìn)一步，由于閉環(huán)控制，直流變壓器每匝電壓將保持常數(shù)（對(duì)于一階），而同一個(gè)變壓器的其他輸出將是半穩(wěn)定的。

對(duì)于瞬時(shí)輸入電壓，較大的輸入電容器C1起自然濾波作用，降壓變換器和濾波器L1、C2具有良好的抗擾性。而輸出端的小的低通濾波器進(jìn)一步除去了輸出的開關(guān)和整流器的恢復(fù)噪聲。由于直流變壓器工作在滿占空比（方波）條件下，整流輸出幾乎是直流，輸出電路僅需要小的高頻濾波器。這在需要大量輸出時(shí)特別經(jīng)濟(jì)。

在一些應(yīng)用場(chǎng)合，變換器工作頻率將與降壓變換器同步，以防止會(huì)產(chǎn)生額外輸出紋波的低頻相互調(diào)制成分。

在降壓變換器中使用功率場(chǎng)效應(yīng)管，這樣可以使其工作于高頻而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的開關(guān)損耗。即在變換器每半個(gè)周期中，降壓變換器可以提供數(shù)個(gè)功率脈沖，以減小相互調(diào)制紋波。

若在降壓變換器中使用雙極型開關(guān)元件，該降壓驅(qū)動(dòng)組合在輕載時(shí)要經(jīng)受低頻不穩(wěn)定性。這是由于DC變壓器的直接正反饋對(duì)雙極型晶體管儲(chǔ)存時(shí)間的調(diào)制引起的。由于處于正常控制環(huán)外，該影響難以補(bǔ)償。而降壓變換器中的場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管的可忽略的儲(chǔ)存時(shí)間消除了此問(wèn)題。

應(yīng)該注意，DC變壓器是電壓反饋，電容器C2大到足以在整個(gè)周期內(nèi)維持電壓幾乎不變。這為DC變壓器提供了一個(gè)低阻抗的無(wú)紋波預(yù)調(diào)整DC輸入，并且在需要附加副邊調(diào)節(jié)時(shí)可以進(jìn)行副邊占空比控制。交叉調(diào)節(jié)影響也減小了。沒(méi)有附加副邊調(diào)節(jié)，當(dāng)對(duì)5V輸出閉環(huán)時(shí)輔助輸出調(diào)節(jié)可以達(dá)到土5%，或?qū)Ω唠妷骸⒌碗娏鬏敵鲩]環(huán)時(shí)輔助輸出調(diào)節(jié)可以達(dá)到±2%。

降壓變換器部分

圖表示降壓變換器基本環(huán)節(jié)的原理框圖。通常這是電流型控制系統(tǒng)，與在講述的降壓變換器非常類似。

簡(jiǎn)要地說(shuō)，降壓變換器的功率MOSFET是按照振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)導(dǎo)通的，而其關(guān)斷受控于L1中的電流，該電流由電流互感器CT1檢測(cè)。開關(guān)電流水平由慢得多的經(jīng)A和OC1取自于輸出電壓的控制環(huán)來(lái)控制。

振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)D1，使串聯(lián)功率開關(guān)MOSFET1導(dǎo)通，在串聯(lián)電感器L中產(chǎn)生電流。

在導(dǎo)通期間，L1中的電流逐漸上升，該電流被電流傳感器CT1轉(zhuǎn)換成斜坡電壓并作為電壓比較器A2的輸入。當(dāng)斜坡電壓的幅值達(dá)到由控制放大器A1正向輸入端設(shè)定的參考值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一復(fù)位信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)D復(fù)位到關(guān)斷狀態(tài)。如果允許工作脈寬在50%以下，電流反饋應(yīng)有斜率補(bǔ)償以防止次諧波的不穩(wěn)定性。

注意到，電流型控制限定了L中的峰值電壓，使降壓變換器成為一個(gè)電壓控制的恒電流源。DC變壓器輸入端的電容器C2將高阻抗源轉(zhuǎn)變成低阻抗電壓源。

電壓控制放大器A1隨輸出電壓而變，并調(diào)節(jié)斜率比較器A2的參考值。用這種方法調(diào)節(jié)L1和C1中的電流以維持DC變壓器輸出電壓恒定。

6V電源適配器直流變壓器選擇

在圖所示簡(jiǎn)單例子中，直流變壓器將是一個(gè)自激振蕩方波雙極型或MOSFET變換器。

6V電源適配器同步混合調(diào)節(jié)器

如果直流變壓器和降壓變換器頻率同步，則需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)變換器。降壓變換器和直流變換器用同一振蕩器來(lái)驅(qū)動(dòng)。

建議降壓變換器的工作頻率為直流變壓器頻率的兩倍，使功率脈沖在EFT2和EFT3的每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)傳遞到L1。這有助于維持直流變壓器的平衡狀態(tài)，減小變壓器中的階梯形飽和趨勢(shì)，也減小輸出紋波。

直流變壓器應(yīng)幾乎以純方波工作以使雙向或全波整流輸出幾乎是純直流。故可用非常小的輸出LC濾波器來(lái)去除由輸出整流器換相引起的尖峰噪聲。由于無(wú)需儲(chǔ)存有效能量，這些濾波器元件可以相當(dāng)小。

如果驅(qū)動(dòng)直流變換器使用雙極型晶體管，由于晶體管在關(guān)斷邊緣的儲(chǔ)存時(shí)間，交叉導(dǎo)通幾乎占全導(dǎo)通時(shí)間的50%。在不引入“死區(qū)”時(shí)間，而使用動(dòng)態(tài)交叉耦禁止驅(qū)動(dòng)電路的情況下，該問(wèn)題可以得到解決。

功率MOSFET具有非常小的儲(chǔ)存時(shí)間，很適合這種方波直流變換器。使用MOSFET元件時(shí)，并不需特別的預(yù)防交叉導(dǎo)通的措施。

6V電源適配器具有副邊后調(diào)節(jié)的混合調(diào)節(jié)器

需要改善性能時(shí)，可以在輔助輸出上附加開關(guān)或線性調(diào)節(jié)器。此時(shí)很重要的是要保證直流變壓器的輸入是一個(gè)低阻抗電壓源，輸入電容器的接法如圖所示。

更有用的技術(shù)表示在圖中，這里是對(duì)高壓輸出形成閉環(huán)控制（本例為+12V），以對(duì)較高的電壓輸出形成良好調(diào)節(jié)。可是通過(guò)使用高效的可飽和電抗調(diào)節(jié)器，已對(duì)低電壓、大電流輸出（+5V、40A）提供了額外的調(diào)節(jié)。

如果使用該方法，較高電壓輔助電源適配器的調(diào)節(jié)會(huì)很好，而在低電壓，大電流電源適配器中的調(diào)節(jié)損耗的趨勢(shì)可以通過(guò)可飽和電抗調(diào)節(jié)器得到補(bǔ)償。

在這種混合結(jié)構(gòu)中，+12V和+5V輸出得到完全調(diào)節(jié)，而由于對(duì)完全調(diào)節(jié)的+12V繞組緊密耦合的緣故，附加輸出（-12V和+24V）也具有良好的調(diào)節(jié)。由于可飽和電抗調(diào)節(jié)器、降壓變換器和方波直流變壓器的損耗非常小，可使整個(gè)系統(tǒng)的效率超過(guò)70%