當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀]利用次級側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計(jì)多路輸出開關(guān)電源目前,多路輸出變換器普遍采用對主路輸出進(jìn)行閉環(huán)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(jìn)行閉環(huán)控制,占空比的改變對輔助輸出的負(fù)

利用次級側(cè)同步開關(guān)后置穩(wěn)壓器(SSPR)設(shè)計(jì)多路輸出開關(guān)電源

目前,多路輸出變換器普遍采用對主路輸出進(jìn)行閉環(huán)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(jìn)行閉環(huán)控制,占空比的改變對輔助輸出的負(fù)載影響較大,尤其是從輕載到滿載變化時(shí),負(fù)載交叉調(diào)整的性能變差。常用的技術(shù)有以下幾種。


第一,多路輸出變換器的設(shè)計(jì)可以考慮采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常,調(diào)整主路輸出,其他輔路輸出會按照隔離變壓器相應(yīng)的匝數(shù)比進(jìn)行交叉調(diào)整。此方法存在多種問題,包括反激和正激變換器,尤其是除了在調(diào)整主路中的輸出電壓以外,非常難以在各輔路輸出端獲得精確的電壓,因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)多輸出電源變壓器時(shí)使用的匝數(shù)比只是近似值。此外,任何一路輸出上的瞬態(tài)負(fù)載影響將反映在所有其他負(fù)載上。并且,由于各變壓器繞組間存在漏電感,因此負(fù)載交叉調(diào)整率將比較差。這些問題可以通過將交叉調(diào)整的輸出電壓設(shè)置得稍稍大于所需值,并在每個(gè)輔助輸出端加一個(gè)線性調(diào)節(jié)器來解決,如圖1所示。電流小于3.0A時(shí),最好使用線性調(diào)節(jié)器作為后級調(diào)整輸出,但是此種方法會犧牲較大的效率為代價(jià),限制了低輸出電流應(yīng)用。若采用WVC技術(shù)的多路輸出反激變換器,可以有效改善輸出的直流和瞬態(tài)特性。具體來說,對各路輸出電壓均進(jìn)行采樣作加權(quán)后調(diào)節(jié)占空比D,如果權(quán)衡系數(shù)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)合理,電源品質(zhì)將會得到顯著改善。正激變換器多路輸出采用耦合電感的設(shè)計(jì)方法,需要使電感的匝數(shù)比等于主變壓器的輸出繞組的匝數(shù)比,對于負(fù)載不對稱的用電環(huán)境下交叉調(diào)節(jié)性能沒有明顯改善。

圖1 線性調(diào)節(jié)器


第二,為了改善負(fù)載交叉調(diào)整率,可使用單獨(dú)的DC/DC變換器來進(jìn)行組合,實(shí)現(xiàn)多路輸出穩(wěn)壓,但電路比較復(fù)雜,且價(jià)格非常昂貴。另一個(gè)選擇是用UC3573控制器設(shè)計(jì)一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器作為后調(diào)節(jié)器,如圖2所示,比較適合3.0~8.0A電流輸出。這種方法能達(dá)到90%的高效率,但是如果后調(diào)節(jié)器采用多個(gè)副線圈的話需要增加整流器、電感和電容器。這種方法增加了一級LC濾波回路,在多路輸出時(shí),濾波器的數(shù)量明顯增加。同時(shí),這種降壓斬波電路一般應(yīng)用在輸入電壓和輸出電壓均較低的電路結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

圖2 降壓轉(zhuǎn)換器

圖3磁放大后調(diào)節(jié)器


第三,用UC1838控制器設(shè)計(jì)磁放大后調(diào)節(jié)器,如圖3所示。它的效率很高,特別適合大于5.0A中低電流的應(yīng)用,但在高電流應(yīng)用中效率很低。而且,它不易實(shí)現(xiàn)過流保護(hù),輕負(fù)載時(shí)的低調(diào)節(jié)度和高頻(200kHz)時(shí)磁放大電感的高費(fèi)用使它不是一個(gè)完美的解決方案。

圖4 次級側(cè)同步后置穩(wěn)壓器


第四,一個(gè)較好的選擇是用新型的次級側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR),如圖4所示。這樣既可以實(shí)現(xiàn)前沿又可以實(shí)現(xiàn)后沿調(diào)節(jié)。SSPR在多路輸出隔離電源的精確調(diào)節(jié)應(yīng)用方面具有簡單、高效率、高頻化、無損耗過流保護(hù)和遙控開關(guān)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用CS5101比LM5115、UCC2540和LT3710等帶有雙N溝道MOSFET后置同步穩(wěn)壓器控制電路簡單,能夠適應(yīng)于輸入高壓和低壓的各種電路結(jié)構(gòu)。CS5101是一種帶有N溝道MOSFET驅(qū)動的同步前沿開關(guān)調(diào)節(jié)控制器,可直接由變壓器的次級繞組生成一個(gè)精確穩(wěn)壓的次級輸出,從而最大限度地減小了主路輸出電感器和電容器尺寸。同時(shí),它可以應(yīng)用于單端或雙端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

次級側(cè)同步后置穩(wěn)壓器(SSPR)的工作描述
SSPR調(diào)節(jié)器允許輔路在沒有初級側(cè)反饋的情況下獨(dú)立控制輸出。SSPR開關(guān)后面連接次級側(cè)整流二極管和輸出電感。在電流模式的單端正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,初級控制器保持一個(gè)穩(wěn)定的伏秒值。前沿和后沿的初級側(cè)電流波形如圖5所示。使用峰值電流測量的電流模式控制前沿情況下,后沿調(diào)制將導(dǎo)致環(huán)路的不穩(wěn)定。
CS5101 SSPR控制器作為前沿調(diào)制設(shè)計(jì),應(yīng)用于電流模式或電壓模式控制。

圖5 主要開關(guān)電流波形

SSPR技術(shù)的應(yīng)用
SSPR能用在各種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,包括單端/雙端降壓變換器、反激變換器,可以用于電流控制模式或電壓控制模式。

圖6 主開關(guān)波形 [!--empirenews.page--]


在每種拓?fù)潆娐分?,通常N-FET功率開關(guān)會和一個(gè)正向二極管串聯(lián)使用,如圖6所示。由于N-FET被連接在兩個(gè)二極管中間,不可能使用單個(gè)的共陰極或共陽極的整流器,N-FET的源級電壓從變壓器的次級峰值電壓到大約-0.7V(反向二極管的正向壓降)之間變化,設(shè)計(jì)者必須創(chuàng)建一個(gè)浮動的驅(qū)動地。

圖7 濾波電感在地端時(shí)的主開關(guān)波形


如果變壓器的次級多路輸出沒必要是公共地的話,濾波電感可以連接在地端,如圖7所示。使用這種結(jié)構(gòu),N-FET的源級也就是輸出電壓VO。這樣使得驅(qū)動FET的電路變得簡單、可靠,VC和VCC電壓能從同一點(diǎn)取。但是通過電感的正向電壓轉(zhuǎn)換被輸出電壓箝位,所以,必需從另外的次級輸出獲得SYNC同步脈沖信號。

圖8 負(fù)電壓輸出時(shí)的SSPR應(yīng)用

有兩種方式可以產(chǎn)生負(fù)電壓輸出。一種是簡單地在輸出端反接地,如圖8所示。SSPR電路支持負(fù)電壓輸出。

圖9 參考地的負(fù)電壓輸出SSPR應(yīng)用


另一種方法如圖9所示。SSPR的柵極驅(qū)動電路的參考為電源地,在這種結(jié)構(gòu)中,需要增加反饋信號倒相。
在推挽或橋式雙端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,僅需要一個(gè)功率開關(guān)去控制輸出電壓。如圖10所示。輸出濾波電感可以連接在輸出正端或輸出地端。工作頻率是初級控制器開關(guān)頻率的兩倍。

圖10雙端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)SSPR應(yīng)用

對于大功率電源,有中心引出端的單封裝整流器應(yīng)用,SSPR功率開關(guān)的柵極驅(qū)動電路可以通過隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)。如圖11所示。

圖11隔離變壓器驅(qū)動的SSPR應(yīng)用 [!--empirenews.page--]

設(shè)計(jì)實(shí)例
下面給出一個(gè)雙路輸出的電流模式控制正激變換器的設(shè)計(jì)。主路5.0V輸出采用PWM控制器(CS3842A),輔路3.3V輸出采用CS5101控制。

設(shè)計(jì)參數(shù)
輸入電壓范圍18~36Vdc,主路輸出VO1/IO1:5.0Vdc/0.2~3.0Adc,輔路輸出VO2/ IO2:3.3Vdc/0.3~2Adc,開關(guān)頻率100kHz,主輔路線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率均<1.0%

功率變壓器采用TDK磁芯PC40EER25.5-Z,3.3V輸出和5V輸出均采用相同的圈數(shù),功率變壓器的匝數(shù)比NPY:NSY5:NSY3:NAUX等于20:11:11:8。占空比范圍:Dmax=0.586,Dmin =    0.293。5.0V輸出電感L1=100μH,使用一個(gè)T72-26的鐵硅鋁磁環(huán),34T,#24AWG。3.3V輸出電感L2=50μh。使用一個(gè)T80-26的鐵硅鋁磁環(huán),42T,#24AWG。兩路輸出各用一只鋁電解電容,330μf/15V,ESR=0.12Ω。因?yàn)樽儞Q器采用電流模式控制,初級峰值電流的采樣通過電流取樣電阻R10獲得。初級側(cè)電流斜率的變化受到次級兩路輸出電感的影響。在最低輸入電壓時(shí)占空比超過50%,為了避免環(huán)路的不穩(wěn)定,斜波補(bǔ)償是必要的。

SSPR控制輸出計(jì)算
從以上數(shù)據(jù)可知,低壓輸入時(shí)3.3V繞組電壓為:VSY3=18×(11/20)=9.90V。
假設(shè)肖特基整流管的正向壓降為0.75V,滿載時(shí)FET的正向壓降為0.1V,占空比修正為:
DO3LL=(3.3+0.75+0.1)/9.9=0.419
DO3HL=(3.3+0.74+0.1)/19.8=0.209。
供電電壓VCC直接取自于3.3V的繞組,其隨著輸入電壓的變化而變化,VCC=9.0V~19V。Vcc的參考是地,而門驅(qū)動電壓VC參考點(diǎn)是Q3的源級,VC = 8.0V~18V。
CS5101的同步電壓閾值是2.5V。為了可靠的工作,SYNC腳的電壓必須在脈沖期間都高于2.5V。
VSYNC(MIN)=VSY(MIN)×(R14/(R13+R14))=((18×11)/20)×(15K/(5.1K+15K))=7.39V
VSYNC(MAX)=((36×11)/20))×15K/5.1K=14.87V
由于線圈上的電壓在恢復(fù)期間是負(fù)值,在R14并聯(lián)一個(gè)箝位二極管D9。
斜波電容的值是用最小導(dǎo)通時(shí)間(高壓輸入時(shí))和內(nèi)部電流源電流來計(jì)算的。CRAMP=C16=300PF。
輸出電流大小可以通過輸出負(fù)端的電流取樣電阻R19獲得。由電阻R16、R17和R20等電阻組成的電壓分壓連接到電流放大器,從而計(jì)算過流保護(hù)設(shè)置點(diǎn)。
設(shè)計(jì)結(jié)果和波形
電路電性能參數(shù)如表1所示。

從表中可以看出,3.3V輸出負(fù)載效應(yīng)和源效應(yīng)均優(yōu)于0.3%。
實(shí)際波形如圖12和圖13所示。

圖12 初級側(cè)波形

圖13 SSPR波形

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉