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多路输出开关电源的规划以及实践使用准则

对现代电子系统,即便是最简单的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子系统来讲,其电源电压一般也要由+5V,±15V或±12V等多路组成,而对较复杂的电子系统来讲,实际用到的电源电压就更多了。目前主要

对现代电子体系,即便是最简略的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子体系来讲,其电源电压一般也要由+5V,±15V或±12V等多路组成,而对较杂乱的电子体系来讲,实践用到的电源电压就更多了。现在首要由下述许多电压组合而成:

+3.3V,+5V,±15V,±12V,-5V,±9V,+18V,+24V、+27V、±60V、+135V、+300V、-200V、+600V、+1800V、+3000V、+5000V

(包含一个体系中需求多个上述相同电压供电电源)等。不同的电子体系,不只对上述各种电压组合有严厉的要求,并且对这些电源电压的许多电特性也有较严厉的要求,如电压精度,电压的负载才能(输出电流),电压的纹波和噪声,起动推迟,上升时间,恢复时间,电压过冲,断电推迟时间,跨步负载呼应,跨步线性呼应,穿插调整率,穿插搅扰等。

多路输出电源

关于电源使用者来讲,一般都期望其所挑选的电源产品为“傻瓜型”的,即所挑选的电源电压只需负载不超越电源最大值,不管体系的各路负载特性怎么改变,而各路电源电压仍然准确无误。仅就这一点来讲,现在绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。为了更进一步阐明多路输出电源的特性,首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。

从图1能够看到,真实构成闭环操控的只要主电路Vp,其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。从操控理论可知,只要Vp不管输入、输出怎么改变(包含电压改变,负载改变等),在闭环的反应操控效果下都能确保适当高的精度(一般优于0.5%),也便是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样份额。对Vaux1,Vaux2而言,其精度首要依靠以下几个方面:

1)T1主变器的匝比,这儿首要取决于Np1:Np2或Np1:Np3

2)辅佐电路的负载状况。

3)主电路的负载状况。

注:假如以上3点设定后,输入电压的改变对辅电路的影响现已很有限了。

图1多路输出开关电源框图图3辅佐电路加一个线性稳压调理器

在以上3点中,作为一个详细的开关电源改换器,主变压器匝比现已设定,所以影响辅佐电路输出电压精度最大的要素为主电路和辅电路的负载状况。在开关电源产品中,有专门的技术指标阐明和标准电源的这一特性,即便是穿插负载调整率。为了更好地叙述这一问题,先将穿插负载调整率的丈量和核算办法叙述如下。

电源改换器多路输出穿插负载调整率丈量与核算进程

1)测验外表及设备衔接如图2所示。

2)调理被测电源改换器的输入电压为标称值,合上开关S1、S2…Sn,调理被测电源改换器各路输出电流为额定值,丈量第j路的输出电压Uj,用相同的办法丈量其它各路输出电压。

3)调理第j路以外的各路输出负载电流为最小值,丈量第j路的输出电压ULj。

4)按式(1)核算第j路的穿插负载调整率SIL。

SIL=×100%(1)

式中:ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时,Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值;

Uj为各路输出电流为额定值时,第j路的输出电压。

依据上面的测验及核算办法能够将穿插负载调整率理解为:一切其它输出电路负载跨步变(100%-0%时)对该路输出电压精度影响的百分比。

多路输出开关电源

由图1原理所构成的实践开关电源,主控电路仅反应主输出电压,其它辅佐电路彻底铺开。此刻假定主、辅电路的功率比为1:1。从实践丈量得主电路穿插负载调整率优于0.2%,而辅电路的穿插负载调整率大于50%。不管开关电源规划者仍是使用者对大于50%的穿插负载调整率都将是不能承受的。怎么下降辅电路穿插负载调整率,最直接的主意便是给辅佐电路加一个线性稳压调理器(包含三端稳压器,低压差三端稳压器)如图3所示。

从图3可知,因为引入了线性稳压调理器V,所以在辅路上附加了一部分功率损耗,功率损耗为P=(Vaux′-Vaux1)Iaux,而要使辅电路的穿插负载调整率小,就必须有认识地增大线性调整器的电压差(Vaux′-Vaux1),即便是要有认识增大Vaux′,其带来的缺陷便是增加了电源的功率损耗,下降了电源的功率。

以图1及图3原理为根底规划和使用电源时,应留意的原则为:

1)主电路实践使用的电流最小应为最大满输出电流的30%;

2)主电路电压精度应优于0.5%;

3)辅电路功率最好小于主电路功率的50%;

4)辅电路穿插负载调整率不大于10%。

改善型多路输出开关电源

在许多使用场合中,要求2路输出的功率根本适当,比方±12V/0.5A,±15V/1A。咱们经过多年的实践,规划了如图4所示的电路,能较好地抵达进步穿插负载调整率的意图。

图4电路规划思维的中心有以下2点。

1)将正负2路输出滤波电感L1、L2绕制在同一磁芯上,选用双线并绕的办法,然后确保L1、L2电感量彻底相同。并留意实践接入线路时的相位(差模办法)联系,这种滤波电感的衔接办法使2路输出电流的改变量彼此感应,在必定程度上较大地改善了2路输出的穿插负载调整率。

2)从图4能够看到,采样比较器Rs1、Rs2不像图1那样接到主电路Vp上,而是直接跨接到正负电源的输出端上,并且逻辑“地”不是电源的输出地,而是以负电压输出端作为采样比较和基准电压的逻辑“地”电位。这样采样差错将一起反映出正、负2路输出的电压精度改变,对正、负2路相同都存在有反应效果,能在很大程度上改善2路输出的穿插负载调整率。以±15V/1A电源为例,选用图4的电路规划,实测得的2路穿插负载调整率优于2%。

图2测验外表及设备衔接图4改善型2路输出电路图53路电源规划方案

以图4原理为根底规划和使用电源时,应留意的原则为:

1)2路最好为对称输出(功率对称,电压对称),无显着的主、辅电路之分,比方咱们常用到的±12V,±15V等都归于此类;

2)2路输出电压精度要求都不是太高,1%左右;

3)2路输出穿插调整率要求相对较高,2%左右。

下面介绍一种通用性极强的3路电源规划方案,如图5所示。

从图5能够看到,主+5V输出与辅路±Vout(能够是±15V或±12V)输出电路不光反应彼此独立,并且其PWM(脉宽调制器),功率改换和变压器都是彼此独立的。能够将此3路电源看成是由彼此独立的1个+5V电源和1个±Vout电源一起组合而成。为了进一步削减二者之间的彼此搅扰和下降各自输出电压纹波的峰-峰值,应当进一步减小各独立电源的输入反射纹波(一般纹波峰-峰值应小于50mV,纹波有效值应小于10mV)和选用同步作业方式。高频磁扩大器稳压器

在多路输出电源中,输出电路常常选用高频磁扩大稳压器,它以低成本、高功率、高稳压精度和高可靠性,而在多路输出的稳压电源中得到了广泛使用。

磁扩大器能使开关电源得到准确的操控,然后进步了其稳定性。磁扩大器磁芯能够用坡莫合金,铁氧体或非晶,纳米晶(又称超微晶)资料制造。非晶、纳米晶软磁资料因具有高磁导率,高矩形比和抱负的高温稳定性,将其使用于磁扩大器中,能供给无与伦比的输出调理准确性,并能获得更高的作业功率,因此倍受青睐。非晶、纳米晶磁芯除上述特色外还具有以下长处:

1)饱满磁导率低;

2)矫顽力低;

3)恢复电流小;

4)磁芯损耗少;

磁扩大输出稳压器没有选用晶闸管或半导体功率开关管等调压器材,而是在整流管输出端串联了一个可饱满扼流圈(如图6所示),所以它的损耗小。

由图6可知,磁扩大稳压器的关键是可控饱满电感Lsr和复位电路。可控饱满电感是由具有矩形BH回线的磁芯及其上的绕组组成,该绕组兼起作业绕组和操控绕组的效果。复位(RESET)是指磁通抵达饱满后的去磁进程,使磁通或磁密回到开始的作业点,称为磁通复位。因为磁扩大稳压器所用的磁芯资料的特色(杰出的矩形BH回线及高的磁导率),使得磁芯未饱满时的可控饱满电感对输入脉冲出现高阻抗,适当于开路,磁芯饱满时可控饱满电感的阻抗接近于0,适当于短路。

现在开关电源作业频率已说到几百kHz以上,磁扩大器在开关电源中的广泛使用对软磁资料提出了更高的要求。在如此高的频率下,坡莫合金因为电阻率太低(约60μΩ

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