基于脈沖負載的中小功率開關電源研究(4)
3. 3. 1 反激變換器脈沖負載分析
圖9 是典型的反激變換器結構。相對于升壓變換器, 反激變換器增加了一個變壓器, 實現了輸入輸出的隔離。
圖9 基本的反激變換器結構
通過對變壓器進行伏秒平衡分析, 得到電流連續模式下反激變換器的傳輸關系:
相對于升壓變換器, 反激變換器只增加一個變壓器。從本質上講, 其小信號傳輸關系是在升壓變換器的小信號關系上增加變壓器匝比。因此, 電壓連續模式反激變換器的小信號傳輸關系為:
從( 10) 式可以看出, 工作在連續模式下的反激變換器同樣存在右半平面零點sz 2。與升壓變換器一樣, 反激變換器也不能實現寬的環路帶寬, 因此,反激變換器也不適合用于脈沖負載電源。
3. 3. 2 正激變換器的脈沖負載分析
典型的正激變化器結構如圖10 所示。正激變換器的工作原理與降壓型變換器相同, 增加了一個用于輸入輸出隔離的變壓器。
圖10 正激變換器結構
工作于電壓模式連續的正激變換器小信號傳遞函數為:
相對于降壓變換器控制器的傳遞函數, ( 11) 式只是增加了變壓器的匝比。因此, 正激變換器沒有右半平面零點, 能夠實現寬的帶寬, 減小因脈沖負載造成的跌落。相對于降壓變換器控制器的多種控制方式, 正激變換器主要有電壓控制和電流控制方式。
由于電流控制方式更容易補償環路, 因此, 在正激變換器中, 主要采用電流控制模式。
負載電流是從0 到滿載, 正激變換器往往從空載到滿載變換。由于需要跨越輸出電感電流從非連續到連續模式, 增加了環路的響應時間。因此, 最好讓正激變換器工作在連續模式, 而不管負載電流的變化。一種方法是在輸出添加假負載, 但是會造成電路的效率下降, 另一種特別有效的方式是采用同步整流方式。同步整流的好處是可以提高效率, 但它更突出的特點是能夠使電路工作在連續模式。
圖11 采用二極管整流方式的正激變換器
由于采用二極管整流方式, 當工作在輕載時, 整個電路工作在電流斷續模式; 當突然加負載時, 電路過渡到連續模式。其脈沖負載的仿真波形如圖12 所示。
圖12 采用二極管整流方式的脈沖負載的仿真波形
從圖12 可以看出, 由于存在模式的突變, 在突然添加負載時候, 輸出電壓跌落為0. 5 V.
圖13 是采用同步整流方式的正激變換器, 整個電路工作在電流連續模式; 圖14 是采用同步整流方式的正激變換器仿真波形。從圖中可以看出, 采用同步整流方式, 在脈沖負載條件下, 輸出電壓的波動在0. 2 V 以內。
圖13 采用同步整流方式的正激變換器
圖14 同步整流方式的正激變換器仿真波形
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電阻產生的跌落
幾種控制方式的比較
反激變換器脈沖負載分析
實驗驗證
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( 發表人:大本 )