MPS 交叉調(diào)整率的改善之道

如今，隨著產(chǎn)品功能的豐富、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜電源體積的限制，越來越多的場景需要多種不同的電壓供電。因?yàn)殡娫唇Y(jié)構(gòu)簡單、易于輸出擴(kuò)展，多路反激受到很大關(guān)注。

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什么是交叉調(diào)整率？

在多路輸出的開關(guān)電源里面，利用變壓器的耦合關(guān)系，通過增加變壓器繞組的數(shù)量，在同一個(gè)磁回路上分?jǐn)偲淠芰?，來滿足多路的、不同電壓的電源輸出。

由于變壓器漏感以及寄生參數(shù)的存在，當(dāng)其他路帶載時(shí)，對(duì)某一路輸出電壓會(huì)有一定影響。通常情況下，當(dāng)主路輸出滿載，輔路輸出輕載時(shí)，輔路輸出電壓將上升。當(dāng)主路輸出輕載，輔路輸出滿載時(shí)，輔路輸出電壓將下降。

那么交叉調(diào)整率概念公式如下所示：

S=?Vo/Vo?100% （最大電壓變化量與其對(duì)應(yīng)的額定電壓的百分比）

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交叉調(diào)整率改善之道其一：降低漏感法

利用繞組間的互感耦合傳遞能量，由于漏感存在，在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中變壓器的耦合系數(shù)不能做到1。副邊繞組與副邊繞組間的耦合不完全，造成LK1與LK2漏感大小不一樣，就會(huì)導(dǎo)致兩路分配到的電流不一致。

變壓器漏感是交叉調(diào)整率的根源，那么優(yōu)化交叉調(diào)整率的核心是——降低漏感。

1. 從變壓器繞法入手，采用三明治繞法，使繞組間耦合更好。理論上來講繞組交疊越多，耦合越好，漏感越小。

圖2：降低漏感法1

2. 多路輸出電源副邊繞組之間的漏感也會(huì)對(duì)交叉調(diào)整率帶來較大影響。那么可以采用副邊繞組并繞，副邊繞組之間三明治繞法等方式來降低副邊繞組之間的漏感，改善交叉調(diào)整率。

圖3：降低漏感法2

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交叉調(diào)整率改善之道其二：加權(quán)反饋法

它的原理在于犧牲一部分主輸出繞組的調(diào)整率，來增加另一路輸出繞組的調(diào)整率。

圖4：加權(quán)反饋法

根據(jù)如下公式可以看出，如果I3>I4，則Vo1在反饋中占據(jù)主要成分。在穩(wěn)態(tài)條件下，Vo1的調(diào)整率會(huì)好于Vo2的調(diào)整率。

Vf=I?R2

I3=K1*I=(Vo1-Vf)/R3，K1為Vo1路權(quán)重

I4=K2*I=(Vo2-Vf)/R4，K2為Vo2路權(quán)重，K1+K2=1

在多路輸出的設(shè)計(jì)中分配原則是：主功率輸出路應(yīng)該分配到相對(duì)大的采樣電流。那么可以根據(jù)兩路輸出的權(quán)重比來計(jì)算出采樣電阻的值。

其中，加權(quán)法優(yōu)點(diǎn)在于：

線路簡單，方便實(shí)現(xiàn)

可自由選擇精度最好的一組

同樣缺點(diǎn)有：

不適合對(duì)輸出要求精度高的場合

僅用于副邊相互不隔離的應(yīng)用

不能兩路輸出同時(shí)得到改善

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交叉調(diào)整率改善之道其三：堆棧法

堆棧法僅是次級(jí)輸出的一種結(jié)構(gòu)，可以和加權(quán)法等結(jié)合應(yīng)用。堆棧法可分為直流疊加和交流疊加兩種。

圖5：堆棧法

堆棧法的交流疊加輸出具有如下優(yōu)點(diǎn)：

調(diào)整率相比于獨(dú)立繞組改善可觀

繞組的圈數(shù)減少

同樣缺點(diǎn)也存在：

低壓繞組的線徑承受的電流是兩個(gè)輸出的總和

不能適用于負(fù)電壓輸出場合

直流疊加相比于交流疊加具有如下優(yōu)點(diǎn)：

減少二極管D2的應(yīng)力

同樣缺點(diǎn)也存在：

低壓繞組的線徑和整流二極管D3承受的電流是兩個(gè)輸出的總和

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交叉調(diào)整率改善之道其四：二次穩(wěn)壓法

在對(duì)于系統(tǒng)輸出精度較高的電路中同時(shí)功率也不是很大，可以在輸出中增加LDO、DCDC等電路來滿足電源需求。

圖6：二次穩(wěn)壓法

LDO的價(jià)格相對(duì)便宜，但這種策略也有局限，當(dāng)電路的輸出電流很大時(shí)，就會(huì)增加很大一部分的損耗，影響到器件的效率和可靠性。

DCDC電路在如今使用較多，它具有較高的精度，較高的效率。但是成本也會(huì)相對(duì)的增加。

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交叉調(diào)整率改善之道其五：假負(fù)載法

假負(fù)載法主要用于改善輕載時(shí)的交叉調(diào)整率，并且會(huì)有不錯(cuò)的效果，同樣帶來的問題就是空載損耗的增加。使用此方法時(shí)要注意空載損耗是否符合樣機(jī)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

圖7：假負(fù)載法

審核編輯 黃宇