引言
目前,多路輸出電源普遍采用針對一路輸出進行閉環(huán)的PWM控制方式,而其他的輔助輸出采用間接穩(wěn)壓方式。由于只對主輸出進行閉環(huán)控制,占空比的改變對輔助輸出的負載影響較大,尤其是從輕載到滿載變化時,交叉調(diào)節(jié)的性能變差(通常>5%)。如果對未閉環(huán)的輔助輸出進行二次穩(wěn)壓(如線性穩(wěn)壓),則電路復雜,效率降低。對于兩路輸出DC/DC模塊,大多采用正負電壓聯(lián)合采樣技術,但對于負載不對稱的用電環(huán)境下交叉調(diào)節(jié)性能變差。為了改善負載交錯性能,國外有些公司只研發(fā)單路輸出模塊,然后由用戶對模塊進行組合,實現(xiàn)多路輸出穩(wěn)壓,這樣也可提高效率。
多年來,國外對多路輸出電源進行了較深入的研究。但是,在文獻中進行數(shù)學模型建立,數(shù)學推導、分析的較多,其中,對正向變換器多路輸出耦合電感對交叉調(diào)節(jié)性能的影響也有一些一般性的結論,而對具體問題的詳細分析和研究的文獻則不多。
本文采用200kHz矩形脈沖對兩個結構完全相同的控制單元進行脈沖前沿同步,降低電磁干擾(EMI)。采用新一代BICMOS電流型控制技術,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,降低了控制電路的靜態(tài)工作電流和啟動電流,大大改善了多路輸出電源負載交錯性能。特別適合不對稱負載的場合或對稱負載的場合。
1 基本結構
雙路輸出雙閉環(huán)控制DC/DC變換器的結構如圖1所示。它采用了兩組DC/DC變換器并行工作方式,且均由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生200kHz矩形脈沖來控制。兩組變換器的驅動器和脈寬調(diào)制器(PWM)使用的常數(shù)是相同的,兩組MOSFET的柵-源級波形的前沿同時開啟。
這種結構并行工作的特點如下:
1)與目前國內(nèi)外普遍采用的聯(lián)合采樣,脈寬調(diào)制型DC/DC模塊相比,負載交叉調(diào)節(jié)性能得到大大提高;
2)由于兩組變換器用同一種電路結構,所使用的元器件相同,簡化了設計、生產(chǎn)、維護工作。
2 電路描述
由于采用了兩組電路完全相同的變換器、控制電路及保護電路,所以,電路選擇簡單、控制簡單,成本低。
2.1 變換器
對于低壓輸入、次級小于50W輸出的電源,選擇單端反激式變換電路有以下特點:
1)使用單只場效應管和單只輸出整流二極管,省去了體積較大的輸出濾波電感;
2)只須配置簡單的箝位網(wǎng)絡元件;
3)可以使用兩只小型MMP磁環(huán)作為變壓器,能滿足小型化要求。
具體的電路工作原理圖如圖2所示。
2.2 控制電路
控制電路的設計包括PWM控制器的選擇,同步脈沖發(fā)生器的設計以及隔離反饋等電路的設計。
2.2.1 PWM控制
基于簡化電路、簡化設計的指導思想,選擇第三代BICMOS電流型控制芯片。由于這種芯片靜態(tài)工作電流小以及先進的前沿消隱等特點,使得DC/DC變換器的啟動電路大大簡化。由于采用前沿消隱技術,使得電流信號采樣電路也同樣得到簡化。其方案如圖3和圖4所示。
2.2.2 同步脈沖發(fā)生器
同步脈沖發(fā)生器采用了傳輸比較高的自激振蕩器,產(chǎn)生約200kHz,占空比50%的矩形脈沖。同步矩形脈沖分別送到兩組變換器的電流控制型芯片的同步端子,以實現(xiàn)PWM輸出脈沖的前沿同步。由于目前能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩器很多,本文不再贅述,須指出的是在電路設計時,需要阻抗匹配好,就可達到同步前沿的目的。
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3 樣機試制情況
本文介紹的雙路輸出雙閉環(huán)控制DC/DC變換器,經(jīng)過樣機試制后達到如下技術指標:
輸入直流電壓 DC16~40V;
輸出直流電壓 ±15V/1.5A,最大2A;
負載穩(wěn)定度 +15V0.1%;-15V0.1%;
電壓穩(wěn)定度 ≤0.1%;
交叉調(diào)節(jié) 0%;
輸出紋波電壓峰峰值 VP-P≤100mV;
效率 88%;
外形尺寸 60mm×60mm×12.7mm;
功能 具有輸出過流、短路、過壓保護功能。
4 結語
1)我們研制的雙路輸出DC/DC變換器,采用200kHz矩形脈沖同步,效率為88%,長期工作電路穩(wěn)定。
2)為了進一步提高效率,功率MOSFET的開關速度必須提高。驅動電路須作進一步改進,應選擇高頻等效參數(shù)更佳的表貼元器件。
3)由于兩組相同的變換器安裝在外形尺寸較小的外殼中,更應重視PCB最優(yōu)化設計,注意接地,避免大環(huán)路高頻電流的擾動以及工藝技術,方能達到更好的效果。
本文介紹的DC/DC變換器,通過樣機試制以及大量的試驗后即將投入使用。