開(kāi)關(guān)電源多路輸出技術(shù)控制方法綜述
摘要：對傳統的多路輸出技術(shù)做了簡(jiǎn)單的歸納和總結，對比分析了幾種傳統多路輸出技術(shù)的工作原理、調節方法、優(yōu)缺點(diǎn)及其應用場(chǎng)合，再詳細介紹了兩種新穎多路輸出技術(shù)的基本原理，并結合典型應用對其進(jìn)行了分析，進(jìn)而探討了多路輸出技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：多路輸出；交叉調整率；次級后置裝置調節；恒流源多路輸出變換器；PWM—PD控制
0 引言
多路輸出技術(shù)中一個(gè)重要性能指標就是負載交叉調整率的問(wèn)題，我們通常采用變壓器副邊多個(gè)繞組的方法來(lái)實(shí)現多路輸出。但是這種方法一般只采樣一路主輸出進(jìn)行反饋調節控制，因此交叉調整性能較差。改善多路輸出開(kāi)關(guān)電源交叉調整率的方法可分為無(wú)源和有源兩類(lèi)。本文首先介紹了幾種傳統的多路輸出技術(shù)，并對其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和總結。重點(diǎn)介紹了兩種新的多路輸出技術(shù)：恒流源實(shí)現多路輸出和PWM—PD多路輸出技術(shù)。結合典型拓撲探討了PWM—PD技術(shù)的應用前景。
l 傳統的多路輸出方法
1)無(wú)源調節
無(wú)源調節通過(guò)在次級增加一些簡(jiǎn)單的無(wú)源器件可以使負載交叉調整率得到一定的改善。無(wú)源調節包括耦合電感調節控制和加權電壓反饋調節控制兩種，如圖1所示。前者通過(guò)將輸出電感L1、L2繞在同一磁芯上，相當于增大了濾波電感，使輔輸出穩壓，從而使負載交錯性能得到一定改善。加權電壓反饋調節同時(shí)檢測反饋幾路輸出電壓加權和到控制電路中，通過(guò)合理設計各路輸出反饋電壓的加權因子，調整各路輸出電壓。這兩種方法都存在調節誤差。但它們實(shí)現起來(lái)比較簡(jiǎn)單，不增加電路的復雜性，適用于對輸出電壓精度要求較低的場(chǎng)合。
2)有源調節
有源調節也可稱(chēng)為次級后置裝置調節，即通過(guò)在變壓器副邊加入一級有源調節裝置對次級整流電路進(jìn)行調整來(lái)實(shí)現對輔輸出電壓的調整。以正激電路為例，圖2給出了五種不同類(lèi)型的次級后置裝置調節方式，他們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。表l給出了不同類(lèi)型調節方式在電路結構、效率、性?xún)r(jià)比、調整率以及應用場(chǎng)合等方面的特性比較。
2 新穎的多路輸出技術(shù)
1)恒流源實(shí)現多路輸出技術(shù)
傳統的多路輸出技術(shù)存在交叉調整率較差或者電路過(guò)于復雜等問(wèn)題，恒流源多路輸出技術(shù)通過(guò)對幾個(gè)控制開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)單控制可很好的實(shí)現對不同負載的供電。
(1)工作原理
圖3給出了恒流源實(shí)現多路輸出的基本工作原理。如圖所示，多個(gè)平行負載分別通過(guò)一個(gè)輸出控制開(kāi)關(guān)接在恒流源的后級，采用分時(shí)復用(TM)的方法，每個(gè)輸出開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內只有一段間隔時(shí)間與電流源連接，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間可以控制每路輸出電容上的電壓值，實(shí)現多路輸出電壓。該恒流源可以用平均電流控制型Buck，Buck—Boost，SEPIC，反激等單電感PWM DC—DC變換器來(lái)實(shí)現，如果輸入輸出需要電氣隔離則可用正激變換器拓撲。根據不同的電路拓撲，電路可工作在斷續(DCM)模式，也可工作在連續(CCM)模式，還能實(shí)現輸出的雙極性。
(2)控制方法
輸出開(kāi)關(guān)S1、S2、S3的占空比控制有幾種控制方法。一種是滯后控制，如圖4所示。t1時(shí)間內第一路輸出電壓Uo1低于其下限值時(shí)，S1導通，電流源對輸出電容C1充電，輸出電壓逐漸升高，當達到它的上限電壓值時(shí)，S1關(guān)斷。當S1、S2、S3都關(guān)斷，沒(méi)有任何負載與恒流源接通時(shí)，Sr導通，恒流源通過(guò)Sr續流。每路輸出與恒流源的導通時(shí)間在一定范圍內取決于它的滯后帶寬。采用滯后控制的功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率是不斷變化的，不利于電路參數的設計。
電壓反饋控制是另一種更可取的方法，對各個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行恒頻脈寬調制控制，各路輸出開(kāi)關(guān)的控制信號應選用同一斜坡信號以保持同步。以?xún)陕份敵龅腂uck變換器為例，如圖5所示。VT1和VT2，VTr和VT1，VTr和VT2的驅動(dòng)信號之間須有一定的死區。
恒流源實(shí)現多路輸出技術(shù)的方法電路磁性元器件少，控制電路簡(jiǎn)單，如開(kāi)關(guān)占空比留有一定的死區時(shí)間則各路輸出之間完全不存在負載交叉調整率的問(wèn)題，但輕載時(shí)效率較低，比較適用于便攜數字電路系統中的儲備電源。
2)PWM—PD(Pulse width modulation—pulsedelay control)多路輸出技術(shù)
(1)工作原理
PWM—PD多路輸出技術(shù)基于脈寬調制一脈寬延遲控制技術(shù)之上研究出新的多路輸出變換器拓撲。利用PWM—PD多路輸出技術(shù)獲得的獨立控制參數個(gè)數多于拓撲中可控器件的個(gè)數。它的基本工作原理如圖6(a)所示，以正反激變換器為例。電路有三路輸出，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，中間為功率級。要實(shí)現三路精確輸出則需要三個(gè)獨立控制參數對電路進(jìn)行控制。占空比dA、dB分別為VTA、VTB的同頻控制信號，控制第一路和第三路的輸出電壓。另外一個(gè)控制信號取決于dA、dB之間的延時(shí)dA、dd+dB控制第二路輸出電壓。這樣三個(gè)控制信號dA、dB、dd+dB就可實(shí)現三路輸出的精確調節。電路只需控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)功率器件就能獲得三路輸出電壓。該控制電路可以通過(guò)模擬集成芯片實(shí)現，亦可采用數字控制，控制信號dA、dB、dd應滿(mǎn)足下面條件，如圖6(b)所示
(2)典型應用
PWM—PD多路輸出技術(shù)適用于很多DC／DC拓撲。根據中間的DC／DC變換器功率模塊的不同拓撲結構可分為以下三類(lèi)：
①無(wú)隔離變壓器的變換器，如圖7(a)；
②有變壓器并接有后置調節裝置的變換器，其中又包括變壓器多副邊及單副邊繞組兩種情況，如圖7(b)；
③有變壓器但不接后置調節裝置的變換器，如圖6(a)。
上述幾種PWM—PD多路輸出拓撲有些只適用于非隔離場(chǎng)合，有些受到功率等級的限制。文獻提出了一種基于PWM—PD控制技術(shù)的全橋式多路輸出變換器，見(jiàn)圖8。
基本工作原理：開(kāi)關(guān)管VT1和VT2組成第一路不對稱(chēng)半橋，VT3和VT4組成第二路不對稱(chēng)半橋，兩組不對稱(chēng)半橋并聯(lián)則組成一個(gè)全橋電路。對三路輸出分別進(jìn)行采樣可獲得三個(gè)誤差放大電壓。利用Uo2的誤差信號產(chǎn)生兩路PWM—PD脈沖分別同步兩路PWM信號，兩路PWM信號可分別產(chǎn)生兩路互補信號UVTl、UVT2和UVT3、UVT4，經(jīng)脈沖隔離變后分別控制四個(gè)開(kāi)關(guān)管，則Uo1和Uo3可分別通過(guò)控制UVT1和UVT3的占空比獲得精確控制，Uo2由UVT1和UVT4之間的相移控制。
此外，通過(guò)擴展橋臂還可以實(shí)現2N一1路輸出(N為橋臂數)，每一路都能獲得精確控制。利用變壓器漏感還可以實(shí)現四個(gè)開(kāi)關(guān)管的ZVS運行，使變換器可以工作在更高的開(kāi)關(guān)頻率。該方法較之傳統的后置裝置調節控制電路更為簡(jiǎn)單，所需元器件少，成本低，效率高，交叉調整率好，輸出電壓精確，對輸出電壓調整率要求高的大功率場(chǎng)合如通信電源、工業(yè)電源等具有實(shí)際意義。
3 結束語(yǔ)
交叉調整率是評估多路輸出開(kāi)關(guān)電源的重要性能指標之一。本文對傳統的多路輸出控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹和總結，對于輸出精度不高的場(chǎng)合，低成本的無(wú)源調節方式可以滿(mǎn)足設計要求。隨著(zhù)通信、數字處理技術(shù)的發(fā)展，輸出調整率好的大功率多路輸出變換器越來(lái)越受到業(yè)界的歡迎�；赑WM—PD控制技術(shù)的多路輸出變換器控制簡(jiǎn)單，所需元件少，效率高，交叉調整率好，其研究對未來(lái)多路輸出技術(shù)的發(fā)展具有很好的參考價(jià)值。
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