【多路输出开关电源的电路架构探析综述3000字】

多路输出开关电源的电路架构分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u31818多路输出开关电源的电路架构分析综述 1263792.1多路输出开关电源拓扑的选择 1161122.1.1反激多路输出开关电源拓扑 1138162.1.2正激多路输出开关电源拓扑 2161682.2基于推挽拓扑的新型多路输出开关电源电路 3通过了前面对于现有多路输出技术的介绍，在本章当中，将针对现有多路输出技术的不足，提出一种新型的多路输出开关电源的电路架构方案。该方案具有控制简单，动态响应快，实用性强的优点。2.1多路输出开关电源拓扑的选择在本文介绍的多路输出开关电源电路架构方案将采用了市电输入作为供电电源。常用的市电输入的多路输出开关电源拓扑采用了隔离式多路输出开关电源拓扑，即反激、正激、推挽、半桥、全桥。由于半桥和全桥主要用于大功率电路，而本文设计的多路输出开关电源将主要用于中小功率的场合，因此在下面部分将主要对如图2-1至2-3所示的反激、正激以及推挽这三种隔离式的多路输出开关电源拓扑进行分析，选择一种适用于本文介绍的多路输出开关电源电路的拓扑。2.1.1反激多路输出开关电源拓扑反激多路输出开关电源适用于中小功率的应用场合。其是根据Buck-Boost衍生而来的隔离式开关电源拓扑，通过变压器取代Buck-Boost拓扑中的电感。因此，反激多路输出开关电源电路的次级输出回路无需输出滤波电感，这样就大大减小了系统的体积，并且很好的降低了成本。反激多路输出开关电源电路不需要像正激多路输出开关电源电路要额外增加变压器的复位电路，同时其开关管漏极的峰值电压也比正激多路输出开关电源小。因此可以使得反激多路输出开关电源电路有较为宽的电压输入范围。图2-1反激多路输出开关电源拓扑由于反激多路输出开关电源变压器特殊的工作特征，使得其变压器所需要承受的电流的直流分量会相对较高，为了防止变压器磁饱和，往往反激多路输出开关电源的变压器都需要增加气隙。这样会造成其变压器的漏感的增加，不仅增加了损耗，同时也使其必须增加箝位电路以限制开关管漏极的尖峰电压。并且，相比较其他的中小功率的多路输出开关电源拓扑，反激多路输出开关电源的输出纹波抑制效果也较为差些。2.1.2正激多路输出开关电源拓扑正激多路输出开关电源电路也是常用于中小功率的多路输出开关电源电路拓扑。正激多路输出开关电源电路的工作原理是，当开关管导通时，正激多路输出开关电源的变压器的初级线圈被直流电压激励，变压器的次级线圈向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度是基本稳定的，此时尽管输出功率不停地变化，但输出电压的幅度基本还是不变，这说明正激多路输出开关电源电路的输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好；只有在开关管关断期间，功率输出才全部由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。图2-2正激多路输出开关电源拓扑与反激多路输出开关电源电路相比，正激多路输出开关电源的各路输出均需要大的输出滤波电感和续流二极管。同时在开关管导通期间，磁化电流的能量会存储在变压器的激磁电感中。因此在开关管导通期间，就需要提供磁场能量的释放电路。这就带来了各种正激多路输出开关电源的复位方式。如复位绕组，谐振退磁，RCD箝位。这些也会造成正激多路输出开关电源电路比反激多路输出开关电源电路复杂。而且在正激多路输出开关电源关断期间开关管所承受的电压应力也比反激多路输出开关电源的高，通常为输入电压的两倍。但是正激多路输出开关电源电路的变压器不像反激多路输出开关电源电路的变压器那样受到变压器储能的限制，这样促使了其输出功率叫反激多路输出开关电源大。同时由于输出滤波电感的作用，其负载的电压纹波也相对反激多路输出开关电源较小，这也保证了其有较强的带负载能力。2.2基于推挽拓扑的新型多路输出开关电源电路在多路输出开关电源系统中，由于各路输出的工作情况不一样，即带负载的情况不尽相同。如果只采用主输出有反馈控制回路，其他从输出开环控制的情况，从输出的输出电压会受其负载的变化以及主输出的负载变化而产生较大的波动。因此就有了各种各样的多路输出技术来解决这类问题。如绪论所介绍，常用的多路输出技术主要分为交叉调节类和精确调节类。交叉调节类的方法无法做到各路的精确调节，同时对于输出回路的增加，这类控制方法的连接方式，体积大等弊端又会显露无疑。精确调节类的方法保证每路输出都能得到反馈控制，从而为每路输出都能得到精确控制创造了条件。然而现有的精确调节类的电路设计较为复杂，同时成本也较高，性价比低。这些原因也限制了精确调节类多路输出开关电源技术的大规模应用。现有的多路输出技术主要集中在增加输出电压控制量的方法来提高输出电压的精度，但是这样会大大增加电路设计的复杂性，而实际控制效果也并不会太理想。本文所设计的多路输出开关电源电路将打破这一设计思路，不采用后级控制的方法，而是通过改进前级的控制来改进多路输出开关电源调节的问题。由于采用了推挽作为多路输出开关电源电路的主拓扑，因此可以保证系统拥有较高的导通占空比。系统的开关管控制没有从后级引入反馈来控制开关管的导通和关断，而是在前级采用了能产生固定占空比和频率的电路直接控制，这样就可以避免了后级因为负载的不同而对前级占空比的影响。如果这里假设图2-4所对应的电路参数为理想情况，此时两个开关管的各自导通占空比可以工作在图2-4基于推挽拓扑的固定占空比控制的新型多路输出开关电源电路50%。这样就保证了在推挽拓扑多路输出开关电源电路在一个工作周期期间，输入的电源能始终向输出端传递能量，这样在输出端的负载发生变化的情况下，系统能很快的做出反应。为了保证各路输出电压的稳定，这里需要做到的是为此推挽拓扑多路输出开关电源提供一个稳定的母线直流变换器。这样，在理想情况下开关管工作在50%的占空比时候，输出端与母线直流变换器的输入电压的关系表达式为由此可以看出系统良好的输出特性。图2-5为理想情况下，图2-4所示的基于推挽拓扑的新型多路输出开关电源关键点参数的波形。图2-5理想情况下基于推挽拓扑的新型多路输出开关电源的关键性参数波形在实际的过程中，由于开关管不是理想器件，必定需要预留一定的死区时间以防止开关管的同时导通，因此，实际工作的时候推挽多路输出开关电源的关键性参数波形如图2-6所示。同时两路输出电压的数学表达式将变为，图2-6考虑死区时间影响的基于推挽拓扑的新型多路输出开关电源关键性参数的波形这样输出电压就会受到死区时间大小的影响。而且开关管的导通占空比往往会在改变频率后受到影响，这样就极大的降低了设计的灵活性。同时，这种电路结构的次级是用全波整流的方式，此时次级的变压器就要采用中间抽头的方式。而如果采用全桥整流的方式，则会使得在开关管导通期间，这一路额外多出了一个二极管的导通压降，这样在小电压输出的情况会影响电路的精度。同时，每一路输出都有连接输出滤波电感，如果输出电路较多的情况下，会占据较大的体积。考虑到这些原因，将上述图2-4的电路进行改进，得到图2-7所示改进后的基于推挽拓扑的固定占空比控制的多路输出开关电源电路方案。在这里通过改