基于脉冲负载的中小功率开关电源研究
隔离变换器主要有反激变换器、正激变换器、桥式变换器。反激变换器和正激变换器都可以用在中小功率的场合, 桥式变换器主要用在大功率场合。
因此, 在脉冲电源中, 适合中小功率脉冲负载的电源结构是反激变换器和正激变换器。
3. 3. 1 反激变换器脉冲负载分析
图9 是典型的反激变换器结构。相对于升压变换器, 反激变换器增加了一个变压器, 实现了输入输出的隔离。
图9 基本的反激变换器结构
通过对变压器进行伏秒平衡分析, 得到电流连续模式下反激变换器的传输关系:
相对于升压变换器, 反激变换器只增加一个变压器。从本质上讲, 其小信号传输关系是在升压变换器的小信号关系上增加变压器匝比。因此, 电压连续模式反激变换器的小信号传输关系为:
从( 10) 式可以看出, 工作在连续模式下的反激变换器同样存在右半平面零点sz 2。与升压变换器一样, 反激变换器也不能实现宽的环路带宽, 因此,反激变换器也不适合用于脉冲负载电源。
3. 3. 2 正激变换器的脉冲负载分析
典型的正激变化器结构如图10 所示。正激变换器的工作原理与降压型变换器相同, 增加了一个用于输入输出隔离的变压器。
图10 正激变换器结构
工作于电压模式连续的正激变换器小信号传递函数为:
相对于降压变换器控制器的传递函数, ( 11) 式只是增加了变压器的匝比。因此, 正激变换器没有右半平面零点, 能够实现宽的带宽, 减小因脉冲负载造成的跌落。相对于降压变换器控制器的多种控制方式, 正激变换器主要有电压控制和电流控制方式。
由于电流控制方式更容易补偿环路, 因此, 在正激变换器中, 主要采用电流控制模式。
负载电流是从0 到满载, 正激变换器往往从空载到满载变换。由于需要跨越输出电感电流从非连续到连续模式, 增加了环路的响应时间。因此, 最好让正激变换器工作在连续模式, 而不管负载电流的变化。一种方法是在输出添加假负载, 但是会造成电路的效率下降, 另一种特别有效的方式是采用同步整流方式。同步整流的好处是可以提高效率, 但它更突出的特点是能够使电路工作在连续模式。
图11 采用二极管整流方式的正激变换器
由于采用二极管整流方式, 当工作在轻载时, 整个电路工作在电流断续模式; 当突然加负载时, 电路过渡到连续模式。其脉冲负载的仿真波形如图12 所示。
图12 采用二极管整流方式的脉冲负载的仿真波形
从图12 可以看出, 由于存在模式的突变, 在突然添加负载时候, 输出电压跌落为0. 5 V.
图13 是采用同步整流方式的正激变换器, 整个电路工作在电流连续模式; 图14 是采用同步整流方式的正激变换器仿真波形。从图中可以看出, 采用同步整流方式, 在脉冲负载条件下, 输出电压的波动在0. 2 V 以内。
图13 采用同步整流方式的正激变换器
图14 同步整流方式的正激变换器仿真波形
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