多路輸出反激電源一般只能保證加了反饋的那一路的精度,其它路受負(fù)載變化的影響會有較大幅度的波動。有一種加權(quán)控制的折中法,舉個列子設(shè)計兩路輸出5V、12V,如果只在5V上加反饋那么輸出可能為5V、16V,如果兩路采用加權(quán)反饋那么輸出電壓可能為7V、14V,這樣兩路精度都不高兩路偏差都不大。加權(quán)法不能從根本上解決多路輸出交叉調(diào)整率的問題,要想從根本上解決這個問題那么首先要找出造成這個問題的原因。
解決反激多路輸出交叉調(diào)整率的一種方法
既然懷疑是初級漏感那么就想辦法消除掉其所帶來的不利影響,正常情況下初級漏感能量是不能傳遞到次級的但是通過觀察MOS管的Vds波形會發(fā)現(xiàn)Vds波是一個震蕩(漏感跟寄生電容諧振),當(dāng)發(fā)生震蕩時在某些時刻電流會反向此時的反激變壓器就充當(dāng)正激變壓器的作用并將能量傳遞過去。為阻止這個能量傳遞在變壓器初級串聯(lián)一個二極管這樣Vds波形就不會發(fā)生震蕩了,然而仿真結(jié)果并沒有改善交叉調(diào)整率的問題,或許不是初級漏感的原因?干脆在仿真中去掉漏感(仿真的優(yōu)勢,可以使元器件理想話)結(jié)果交叉調(diào)整率的問題還是沒有改善,看來影響反激多路輸出的并不是初級漏感或者初級漏感并不是主要原因。
漏感是一方面,根源應(yīng)該還是變壓器耦合問題。
純變壓器而言,電壓只與匝比有關(guān)系,一個次級的繞組電壓不變的情況下,其他繞組(注意同名端)與這個不變的繞組應(yīng)該是成比例關(guān)系。
在實際應(yīng)用用,次級主繞組的電流越大,其他幾個繞組的電壓跟著越高,比例越跑越偏了,所以一般做法是盡量多根細(xì)線繞次級的輸出,增加匝與匝之間的耦合。
接下來只剩下一種可能——次級漏感(或稱寄生電感)的影響,圖1是一個三路輸出反激
圖1 三路輸出反激電路
為了對比分析,將三路的匝數(shù)都設(shè)為14匝漏感都為2u,第一路負(fù)載1歐姆第二路負(fù)載10歐姆第三路負(fù)載1000歐姆,仿真結(jié)果如下
圖2 三路反激仿真波形
圖2中同樣的三路只因負(fù)載不同輸出電壓相差甚大,圖中的漏感前級電壓Ufo1紅圈處有個高臺階電壓接近50V左右,而三路輸出最高的一路電壓為40V多些這比較符合了正激拓?fù)渲荒芙祲旱奶匦?,那么問題就應(yīng)當(dāng)是出在這個高壓臺階上。
反激電路有兩個特點其一是輸出電流是斷續(xù)的,通過圖中的漏感電流就可以看出,其二是輸出電壓是由負(fù)載決定的。當(dāng)漏感電流為零或很小時在短時間內(nèi)可視漏感為無窮大負(fù)載那么圖中的高臺階電壓主要是初級RCD吸收鉗位電壓減去VCC電壓反射過來的(經(jīng)換算確實電壓比等于匝比),這樣我們就可以通過兩種方法去消除這個高壓臺階。
方法1在主開關(guān)Ton信號關(guān)閉前使第一路(重載)中的漏感有電流,為實現(xiàn)這個功能引入一個電路暫稱其為引流電路,見圖3
圖3 加入引流電路的多路反激
其工作原理見圖4
圖4 加入引流電路后的多路反激波形
圖4中在PWM1信號關(guān)閉前PWM2信號工作(引流電路)在PWM2信號關(guān)閉時引流電路產(chǎn)生一個正向電壓迫使漏感產(chǎn)生電流,在PWM1信號關(guān)閉時漏感已經(jīng)為低阻態(tài),此時漏感前級電壓Ufo1主要受輸出電壓Uo1的鉗位,見圖中的Ufo1電壓最高臺階電壓已降到20V以下。
這種方法并不實用其一需要很精確的PWM信號控制,其二引流電路要產(chǎn)生很高的電壓才能迫使漏感產(chǎn)生電流,不過圖中的三路輸出電壓證明思路是正確的,通過降漏感初級電壓Uof1可以改善反激多路輸出的交叉調(diào)整率。
方法2 對前級進行電壓鉗位從而限制Ufo1的電壓,在一些資料和論壇中都有人提到過這個方法。第一種方案是通過加大RCD吸收來鉗位,這種方法效率太低并不實用。第二種方案是加LCD無損吸收鉗位,這種方法在負(fù)載動態(tài)變化的情況下效果不一定會好。其實還有一種比較理想的方案并未見到有人提及(可能知道的不想說,想說的不知道)那就是有源鉗位,見下圖5
圖5 有源鉗位反激多路輸出
與通常的反激有源鉗位用法略有不同,在反激有源鉗位中目的是為了實現(xiàn)軟開關(guān)這里的目的就是純粹的鉗位將Vc-Vcc電壓鉗位在略高于反射電壓的程度上。加了有源鉗位有幾個好處:1初級漏感的能量可以被吸收并傳遞到次級,2為無損鉗位不影響效率,3可以提高變壓器的匝比從而降低輸出二極管的反向耐壓要求,4鉗位電壓精度高(或許可以直接實現(xiàn)無反饋的原邊控制)。
圖6 有源鉗位多路反激仿真波形
圖6中鉗位電壓Vc-Vcc設(shè)置為100V次級的實際漏感前級電壓Uof1為13V左右,比值結(jié)果接近于匝比96/14。當(dāng)Ufo1被鉗位在13V時也就決定了各路輸出的電壓上限不會超過13V(包括空載),輕載一路電壓飆升的問題就解決了,重載的一路由于有次級漏感的分壓作用電壓值會隨著負(fù)載的加重而降低,而一般次級漏感都不大所以其所帶來的影響并不嚴(yán)重。下面的是第一路負(fù)載動態(tài)變化的仿真圖。
圖7 未加有源鉗位的動態(tài)仿真波形
圖8 加了有源鉗位多路動態(tài)仿真波形
圖7是未加有源鉗位的多路反激,占空比固定開環(huán)控制,第一路Uo1負(fù)載由20歐姆線性變到1歐姆,圖8是加了有源鉗位的多路反激其它條件同圖7的一樣,圖8中第一路負(fù)載的變化對其它兩路并未造成影響,當(dāng)負(fù)載不是很重的時候輸出電壓變化不大當(dāng)負(fù)載達(dá)到一定程度后漏感的分壓作用開始突顯輸出電壓開始下降。
這種有源鉗位法可以改善反激多路輸出交叉調(diào)整率的問題,如果有更高精度要求的那么只能從變壓器入手,如何改進變壓器也是解決多路輸出交叉調(diào)整率、原邊反饋、變壓器漏感等的終極解決方案。
充分利用漏感是改善交錯調(diào)整率的好辦法之一。例如LLC半橋的交叉調(diào)整率就很好。
有源鉗位法可以改善反激多路輸出交叉調(diào)整率,確實。
圖9 “ LLC半橋”與有源鉗位
圖9中的(1)是十路反激帖子中的電路(2)是普通的有源鉗位,比較二者的區(qū)別就在于電容C一個串在主電路中一個并于主電路中,二者鉗位環(huán)路是相同的都是由電容C、漏感Lr、電感Lm、鉗位開關(guān)構(gòu)成。