通過(guò)加權(quán)電壓反饋減少電壓變化

變壓器衍生的拓?fù)?例如反激式)允許電源通過(guò)向變壓器添加次級(jí)繞組來(lái)輕松創(chuàng)建多個(gè)輸出電壓。這就造成了您必須選擇要調(diào)節(jié)的輸出電壓的情況，這并不總是那么容易。它可能是具有最高功率的輸出，或者是需要嚴(yán)格調(diào)節(jié)的低壓輸出。

選擇輸出后，該電壓將用作控制器的反饋。直接反饋僅對(duì)特定輸出提供出色的調(diào)節(jié)，而對(duì)其他輸出(或多個(gè)輸出)進(jìn)行“寬松”調(diào)節(jié)。在許多情況下，未調(diào)節(jié)的電壓可能會(huì)在不期望的寬范圍內(nèi)變化，這主要取決于變壓器的漏感。為了加強(qiáng)調(diào)節(jié)，一種可能的解決方案是增加電壓并添加線性調(diào)節(jié)器。但這會(huì)增加成本和熱量，并降低系統(tǒng)效率。在本電源技巧中，我將研究雙電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的使用，該網(wǎng)絡(luò)使兩個(gè)輸出電壓能夠共享電壓調(diào)節(jié)。

圖 1顯示了具有雙輸出的反激式轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖。輸出電壓 V 1和 V 2饋入控制器用于反饋的雙向電阻分壓器。這種方法通常稱為“加權(quán)平均”，因?yàn)槊總€(gè)輸出電壓對(duì)控制器的占空比都有一定的貢獻(xiàn)。有效的結(jié)果是，每個(gè)電壓都會(huì)根據(jù)連接到每個(gè)輸出(R1 和 R2)的電阻器中流動(dòng)的電流相對(duì)于 R3 中總電流的百分比而變化。如果 R3 的大部分電流流經(jīng) R1，則輸出 V 1 的變化最小(因?yàn)樗臋?quán)重很大)，而 V 2可能會(huì)有很大差異。如果每個(gè)輸出電壓提供 R3 電流的一半，則每個(gè)輸出電壓應(yīng)變化大約相同的百分比。然而，極端負(fù)載差異下的電壓調(diào)節(jié)在很大程度上取決于變壓器漏感、元件寄生甚至印刷電路板布局。因此，您可以預(yù)期會(huì)出現(xiàn)一些偏差。

圖 1雙反饋電阻器 R1 和 R2 提供加權(quán)平均。

加權(quán)平均最常見(jiàn)的應(yīng)用是放松一個(gè)電壓以收緊另一個(gè)電壓。例如，與其讓一個(gè)電壓具有 ±3% 容差(調(diào)節(jié))，另一個(gè)電壓具有 ±20%(未調(diào)節(jié))，不如使每個(gè)電壓變化 ±10%。

要確定 R1、R2 和 R3 的值，您只需根據(jù)兩個(gè)輸出所需的平衡情況確定一個(gè)重量百分比目標(biāo)。

請(qǐng)按照以下步驟選擇分壓電阻 R1 和 R2：

00001.

1. 選擇所需的 R3 值。

00001.

1. 計(jì)算 R3 中的電流：

。

00001.

1. 指定您希望應(yīng)用于 V 1 的介于 0 和 1 之間的加權(quán)百分比 (p) 。

00001.

1. 計(jì)算R1：

(V 1等于其標(biāo)稱值)。

00001.

1. 計(jì)算R2：

(V 2等于其標(biāo)稱值)。

1. 對(duì)于任何預(yù)期的 V 1電壓：

2.

圖 2繪制了圖 1 所示雙反饋網(wǎng)絡(luò)的 4 條計(jì)算調(diào)節(jié)線。這些線根據(jù)上述步驟 6 中的方程繪制了可能的輸出電壓。在此示例中，V1 和 V2 的標(biāo)稱輸出電壓分別為 3.35 V 和 9 V，由變壓器 T1 的匝數(shù)比確定。四行代表分配給 V1 的權(quán)重，分別為 100%、90%、70% 和 50%。 100%的權(quán)重與使用單一輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)相同。由于 3.35V 輸出的 100% 權(quán)重不考慮第二個(gè)輸出，因此繪制的線是水平的，并且 9V 輸出獨(dú)立變化。

圖 2輸出電壓相互依賴，并且必須落在特定的調(diào)節(jié)線上。

對(duì)于其他三個(gè)調(diào)節(jié)線，只有特定的調(diào)節(jié)電壓組才能滿足控制器的反饋。如果輸出負(fù)載很重，其電壓會(huì)因電壓降的增加而下降。如果第二個(gè)輸出輕載，其輸出電壓可能會(huì)浮動(dòng)得遠(yuǎn)高于其標(biāo)稱值。這就造成了一種情況，即一個(gè)輸出低于標(biāo)稱值，而另一個(gè)則高得多。

像往常一樣，控制器嘗試通過(guò)調(diào)整占空比來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，這會(huì)迫使兩個(gè)輸出一起更高或更低。 R3 中的電流不斷調(diào)整，直到反饋電壓等于控制器的內(nèi)部 VFB 參考電壓，并且兩個(gè)輸出電壓均與調(diào)節(jié)線上的一點(diǎn)相交。對(duì)于平衡負(fù)載和低泄漏變壓器，電壓往往保持在曲線的收斂點(diǎn)附近，接近其標(biāo)稱值。然而，輸出電壓的極端交叉負(fù)載以及松散耦合的變壓器繞組將使調(diào)節(jié)電壓進(jìn)一步偏離標(biāo)稱值。

圖3顯示了類似于圖 1 所示的反激式轉(zhuǎn)換器的測(cè)量數(shù)據(jù)。繪制的數(shù)據(jù)與圖 2 的計(jì)算數(shù)據(jù)非常匹配，只有很小的變化，這主要是由于電阻和 VFB 容差造成的。每條繪制線由四個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，代表雙輸出轉(zhuǎn)換器上四種可能的輸出電壓負(fù)載極限(最大/最大、最大/最小、最小/最大和最小/最小)。平衡負(fù)載(即最大/最大和最小/最小)提供更嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，并位于線路的中心部分附近。端點(diǎn)代表最大/最小和最小/最大條件下的調(diào)節(jié)限值。在此示例中，最小值是無(wú)負(fù)載。該負(fù)載決定了輸出電壓容差的外邊界。比較繪制的線，您可以看到，較重的稱重會(huì)收緊一個(gè)電壓的容差，但會(huì)犧牲另一個(gè)電壓的容差。

圖 3測(cè)量數(shù)據(jù)與圖 2 相關(guān)性很好，但范圍有限。

預(yù)算限制并不總能讓您為多輸出轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)輸出電壓設(shè)計(jì)精確調(diào)節(jié)，但某些輸出電壓可能不需要嚴(yán)格調(diào)節(jié)。例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極驅(qū)動(dòng)器可以在松散至 ±30% 的電壓下工作。通過(guò)添加一個(gè)電阻器，如果您可以允許另一個(gè)電阻器具有更寬的容差，則您可以將非常寬松的調(diào)節(jié)電壓恢復(fù)到規(guī)格范圍內(nèi)。因此，多輸出轉(zhuǎn)換器上的無(wú)損加權(quán)平均技術(shù)可以成為電源工具箱中的另一個(gè)有用工具。