多路输出开关电源的设计及应用原则

4)辅电路交叉负载调整率不大于10%.
23改进型多路输出开关电源
在很多应用场合中,要求2路输出的功率基本相当,比如±12V/05A,±15V/1A.我们通过多年的实践,设计了如图4所示的电路,能较好地达到提高交叉负载调整率的目的.
图4电路设计思想的核心有以下2点.
1)将正负2路输出滤波电感L1,L2绕制在同一磁芯上,采用双线并绕的方法,从而保证L1,L2电感量完全相同.并注意实际接入线路时的相位(差模方法)关系,这种滤波电感的连接方法使2路输出电流的变化量相互感应,在一定程度上较大地改善了2路输出的交叉负载调整率.
2)从图4可以看到,采样比较器Rs1,Rs2不像图1那样接到主电路Vp上,而是直接跨接到正负电源的输出端上,并且逻辑"地"不是电源的输出地,而是以负电压输出端作为采样比较和基准电压的逻辑"地"电位.这样采样误差将同时反映出正,负2路输出的电压精度变化,对正,负2路同样都存在有反馈作用,能在很大程度上改进2路输出的交叉负载调整率.以±15V/1A电源为例,采用图4的电路设计,实测得的2路交叉负载调整率优于2%.
图2 测试仪表及设备连接
图4 改进型2路输出电路
图5 3路电源设计方案
以图4原理为基础设计和应用电源时,应注意的原则为:
1)2路最好为对称输出(功率对称,电压对称),无明显的主,辅电路之分,比如我们常用到的±12V,±15V等都属于此类;
2)2路输出电压精度要求都不是太高,1%左右;
3)2路输出交叉调整率要求相对较高,2%左右.
下面介绍一种通用性极强的3路电源设计方案,如图5所示.
从图5可以看到,主+5V输出与辅路±Vout(可以是±15V或±12V)输出电路不但反馈相互独立,而且其PWM(脉宽调制器),功率变换和变压器都是相互独立的.可以将此3路电源看成是由相互独立的1个+5V电源和1个±Vout电源共同组合而成.为了进一步减少二者之间的相互干扰和降低各自输出电压纹波的峰-峰值,应当进一步减小各独立电源的输入反射纹波(一般纹波峰-峰值应小于50mV,纹波有效值应小于10mV)和采用同步工作方式.
24高频磁放大器稳压器
在多路输出电源中,输出电路经常采用高频磁放大稳压器,它以低成本,高效率,高稳压精度和高可靠性,而在多路输出的稳压电源中得到了广泛应用.
磁放大器能使开关电源得到精确的控制,从而提高了其稳定性.磁放大器磁芯可以用坡莫合金,铁氧体或非晶,纳米晶(又称超微晶)材料制作.非晶,纳米晶软磁材料因具有高磁导率,高矩形比和理想的高温稳定性,将其应用于磁放大器中,能提供无与伦比的输出调节精确性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睐.非晶,纳米晶磁芯除上述特点外还具备以下优点:
1)饱和磁导率低;
2)矫顽力低;
3)复原电流小;
4)磁芯损耗少;
磁放大输出稳压器没有采用晶闸管或半导体功率开关管等调压器件,而是在整流管输出端串联了一个可饱和扼流圈(如图6所示),所以它的损耗小.
由图6可知,磁放大稳压器的关键是可控饱和电感Lsr和复位电路.可控饱和电感是由具有矩形BH回线的磁芯及其上的绕组组成,该绕组兼起工作绕组和控制绕组的作用.复位(RESET)是指磁通到达饱和后的去磁过程,使磁通或磁密回到起始的工作点,称为磁通复位.由于磁放大稳压器所用的磁芯材料的特点(良好的矩形BH回线及高的磁导率),使得磁芯未饱和时的可控饱和电感对输入脉冲呈现高阻抗,相当于开路,磁芯饱和时可控饱和电感的阻抗接近于0,相当于短路.
目前开关电源工作频率已提到几百kHz以上,磁放大器在开关电源中的广泛应用对软磁材料提出了更高的要求.在如此高的频率下,坡莫合金由于电阻率太低(约60μΩ·cm)导致涡流损耗太大,造成温升高,效率降低,采用超薄带和极薄带虽能有所改善,但成本将大幅度上升;铁氧体具有很高的电阻率(大于105μΩ·cm),但其Bs过低,居里点也太低.由于工作环境恶劣,对材料的应力敏感性,热稳定性等都有严格要求,上述材料是很难满足要求的.
图6 磁放大输出稳压电路
图7 辅路带磁放大器的典型应用电路
图8 完全利用磁放大器的稳压电路
非晶合金的出现大大丰富了软磁材料.其中的钴基非晶合金具有中等的饱和磁感应强度,超微合金具有较高的饱和磁感应强度,它们都具有极低的饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性.钴基非晶和超微晶在保持高方形比的同时可以具有很低的高频损耗,用于高频磁放大器中,可大大提高电源效率,大幅度减小重量,体积,是理想的高频磁放大器铁芯材料.

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