利用次級(jí)側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計(jì)多路輸出開關(guān)電源

利用次級(jí)側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計(jì)多路輸出開關(guān)電源

目前，多路輸出變換器普遍采用對(duì)主路輸出進(jìn)行閉環(huán)PWM控制方式，而其他的輔助輸出采用間接穩(wěn)壓方式。由于只對(duì)主輸出進(jìn)行閉環(huán)控制，占空比的改變對(duì)輔助輸出的負(fù)載影響較大，尤其是從輕載到滿載變化時(shí)，負(fù)載交叉調(diào)整的性能變差。常用的技術(shù)有以下幾種。

第一，多路輸出變換器的設(shè)計(jì)可以考慮采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常，調(diào)整主路輸出，其他輔路輸出會(huì)按照隔離變壓器相應(yīng)的匝數(shù)比進(jìn)行交叉調(diào)整。此方法存在多種問題，包括反激和正激變換器，尤其是除了在調(diào)整主路中的輸出電壓以外，非常難以在各輔路輸出端獲得精確的電壓，因?yàn)樵?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/設(shè)計(jì)">設(shè)計(jì)多輸出電源變壓器時(shí)使用的匝數(shù)比只是近似值。此外，任何一路輸出上的瞬態(tài)負(fù)載影響將反映在所有其他負(fù)載上。并且，由于各變壓器繞組間存在漏電感，因此負(fù)載交叉調(diào)整率將比較差。這些問題可以通過將交叉調(diào)整的輸出電壓設(shè)置得稍稍大于所需值，并在每個(gè)輔助輸出端加一個(gè)線性調(diào)節(jié)器來解決,如圖1所示。電流小于3.0A時(shí)，最好使用線性調(diào)節(jié)器作為后級(jí)調(diào)整輸出，但是此種方法會(huì)犧牲較大的效率為代價(jià)，限制了低輸出電流應(yīng)用。若采用WVC技術(shù)的多路輸出反激變換器，可以有效改善輸出的直流和瞬態(tài)特性。具體來說，對(duì)各路輸出電壓均進(jìn)行采樣作加權(quán)后調(diào)節(jié)占空比D，如果權(quán)衡系數(shù)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)合理，電源品質(zhì)將會(huì)得到顯著改善。正激變換器多路輸出采用耦合電感的設(shè)計(jì)方法，需要使電感的匝數(shù)比等于主變壓器的輸出繞組的匝數(shù)比，對(duì)于負(fù)載不對(duì)稱的用電環(huán)境下交叉調(diào)節(jié)性能沒有明顯改善。

圖1 線性調(diào)節(jié)器

第二，為了改善負(fù)載交叉調(diào)整率，可使用單獨(dú)的DC/DC變換器來進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)多路輸出穩(wěn)壓，但電路比較復(fù)雜，且價(jià)格非常昂貴。另一個(gè)選擇是用UC3573控制器設(shè)計(jì)一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器作為后調(diào)節(jié)器,如圖2所示，比較適合3.0～8.0A電流輸出。這種方法能達(dá)到90％的高效率，但是如果后調(diào)節(jié)器采用多個(gè)副線圈的話需要增加整流器、電感和電容器。這種方法增加了一級(jí)LC濾波回路，在多路輸出時(shí)，濾波器的數(shù)量明顯增加。同時(shí)，這種降壓斬波電路一般應(yīng)用在輸入電壓和輸出電壓均較低的電路結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

圖2 降壓轉(zhuǎn)換器

圖3磁放大后調(diào)節(jié)器

第三，用UC1838控制器設(shè)計(jì)磁放大后調(diào)節(jié)器，如圖3所示。它的效率很高，特別適合大于5.0A中低電流的應(yīng)用，但在高電流應(yīng)用中效率很低。而且，它不易實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，輕負(fù)載時(shí)的低調(diào)節(jié)度和高頻（200kHz）時(shí)磁放大電感的高費(fèi)用使它不是一個(gè)完美的解決方案。

圖4 次級(jí)側(cè)同步后置穩(wěn)壓器

第四，一個(gè)較好的選擇是用新型的次級(jí)側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR)，如圖4所示。這樣既可以實(shí)現(xiàn)前沿又可以實(shí)現(xiàn)后沿調(diào)節(jié)。SSPR在多路輸出隔離電源的精確調(diào)節(jié)應(yīng)用方面具有簡(jiǎn)單、高效率、高頻化、無損耗過流保護(hù)和遙控開關(guān)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用CS5101比LM5115、UCC2540和LT3710等帶有雙N溝道MOSFET后置同步穩(wěn)壓器控制電路簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)于輸入高壓和低壓的各種電路結(jié)構(gòu)。CS5101是一種帶有N溝道MOSFET驅(qū)動(dòng)的同步前沿開關(guān)調(diào)節(jié)控制器，可直接由變壓器的次級(jí)繞組生成一個(gè)精確穩(wěn)壓的次級(jí)輸出，從而最大限度地減小了主路輸出電感器和電容器尺寸。同時(shí)，它可以應(yīng)用于單端或雙端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

次級(jí)側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR)的工作描述
SSPR調(diào)節(jié)器允許輔路在沒有初級(jí)側(cè)反饋的情況下獨(dú)立控制輸出。SSPR開關(guān)后面連接次級(jí)側(cè)整流二極管和輸出電感。在電流模式的單端正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，初級(jí)控制器保持一個(gè)穩(wěn)定的伏秒值。前沿和后沿的初級(jí)側(cè)電流波形如圖5所示。使用峰值電流測(cè)量的電流模式控制前沿情況下，后沿調(diào)制將導(dǎo)致環(huán)路的不穩(wěn)定。
CS5101 SSPR控制器作為前沿調(diào)制設(shè)計(jì)，應(yīng)用于電流模式或電壓模式控制。

圖5 主要開關(guān)電流波形

SSPR技術(shù)的應(yīng)用
SSPR能用在各種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，包括單端/雙端降壓變換器、反激變換器，可以用于電流控制模式或電壓控制模式。

圖6 主開關(guān)波形