歡迎來到《電源設(shè)計小貼士集錦》系列文章

本期，我們將介紹單個電容器的詳細(xì)知識

需要多個輸出電壓的系統(tǒng)通常采用反激式轉(zhuǎn)換器。在這些多輸出反激式轉(zhuǎn)換器中，同時對所有輸出電壓進行良好的調(diào)節(jié)是一項重大挑戰(zhàn)。

同步整流器可平衡輸出電壓，但代價是繞組中的均方根 (RMS) 電流較高、輕負(fù)載效率降低。此電源設(shè)計小貼士將通過一個生成相同幅值正 / 負(fù)輸出的特殊案例繼續(xù)討論。在這種情況下，正確放置單個電容器可以改善所有負(fù)載條件下的交叉調(diào)節(jié)性能。

圖 1展示了48V 至 ±12V 電源在正常配置下的簡化原理圖。要實施此處建議的技術(shù)，您必須首先稍微變換次級連接的位置，如圖 1所示，即添加電容器 C3并將二極管 D2從次級繞組的低側(cè)移到高側(cè)。另請注意，兩個變壓器次級繞組不再共用一個公共連接。除了增加的電容 C3之外，圖 1 在電氣方面等同于圖 1。

圖 1：雙路輸出反激式電源的典型配置 (a)；按圖示重新配置和添加電容器可改善交叉調(diào)節(jié) (b)

圖 2A展示了當(dāng)Q1 關(guān)斷且 D1 和 D2 導(dǎo)通時的電路狀態(tài)。在此狀態(tài)期間，變壓器通過次級繞組向兩個輸出傳遞能量。請注意，C3 與 +12V輸出并聯(lián)，因此可充電至相同的電壓電平。

圖 2B展示了當(dāng)Q1 導(dǎo)通、D1 和 D2 反向偏置并處于關(guān)斷狀態(tài)時的電路狀態(tài)。在此狀態(tài)期間，當(dāng)初級繞組通過輸入電壓充電時，變壓器以磁性方式儲能。在這種狀態(tài)下，只要兩個次級繞組的匝數(shù)相同，C3兩端的電壓等于?12V輸出的幅值，如圖 2B 中所示的公式所述。隨著電路在這兩種狀態(tài)之間進行交替，電容器 C3充當(dāng)電荷泵，使兩個輸出電壓的幅值均衡。這個電荷泵效應(yīng)補償了由電路中的寄生元件所導(dǎo)致的電壓不平衡。如果兩個次級繞組的匝數(shù)不同，則該技術(shù)將不起作用。

圖 2：電路的兩個狀態(tài)：Q1 關(guān)斷，D1 和 D2 導(dǎo)通 (a)；Q1 導(dǎo)通，D1 和 D2 關(guān)斷 (b)

圖 3展示了對初級繞組和次級繞組上的漏電感進行建模的仿真原理圖。初級側(cè)上的漏電感會導(dǎo)致初級側(cè)出現(xiàn)短時電壓電平，從而耦合到次級繞組上。次級繞組上的漏電感會降低兩個輸出電壓之間的耦合。

圖 3：探究漏電感對輸出電壓調(diào)節(jié)影響的仿真模型原理圖

圖 4展示了+12V 輸出、1A 負(fù)載和 ?12V 輸出、10mA 負(fù)載時，輸出二極管中的電壓和電流波形。添加1μF 電容器 C3不僅使兩個輸出保持良好耦合，還可以濾除由初級繞組漏電感引起的電壓電平的影響。請注意，具有較低負(fù)載電流的-12V輸出二極管電壓有小幅振蕩。此振蕩是由與電容器 C3諧振的漏電感引起的，并導(dǎo)致 -12V輸出二極管導(dǎo)通時發(fā)生相移。電流波形的有趣之處在于 -12V電流保持了三角形，這是從 +12V次級繞組電流中減去的。

圖 4：+12V 輸出、1A 負(fù)載和 -12V 輸出、10mA 負(fù)載下輸出二極管的電壓和電流波形

圖 5中的圖形展示了添加電容器后對調(diào)節(jié)的影響。在這里，我們根據(jù)兩個輸出上的不同負(fù)載條件繪制了仿真圖，其中包括添加和未添加電容器的情形。

沒有電容器時，隨著?12V負(fù)載降至零，?12V輸出電壓會顯著上升。有電容器時，兩個輸出在整個負(fù)載范圍內(nèi)相差不足 3%。這些結(jié)果與使用同步整流器獲得的結(jié)果類似，但不會增加RMS 繞組電流，而且?guī)缀醪粫黾映杀净驈?fù)雜性。

圖 5：仿真結(jié)果展示了添加單個電容器如何顯著改善交叉調(diào)節(jié)功能

總之，寄生漏電感會降低多輸出電源的穩(wěn)壓性能。在具有同等幅值的雙路正負(fù)輸出的電源中，添加單個電容器可以大大改善穩(wěn)壓性能。

在具有不同輸出電壓幅值的多輸出電源中，使用同步整流器可能是改善交叉調(diào)節(jié)的理想方法。下次設(shè)計雙路輸出電源時，請考慮實施這種簡單的技術(shù)來提高設(shè)計性能。