开关电源多路输出技术
多路输出反激式开关稳压电源的设计
（二 〇 一 五 年 六 月本科毕业设计说明书 学校代码： 10128 学 号： ************题 目：多路输出反激式开关稳压 电源的设计 学生姓名：XXX 学 院：电力学院 系 别：电力系 专 业：x x x x x x x 班 级：x x x 指导教师：XXX 副教授摘要开关电源是重要的动力之源。
尽管开关电源的电路可以千变万化，但器基本构成却大致相同。
开关电源的特点有体积小、质量轻、效率高、稳压范围宽等等。
凭借这些优点，很快代替了传统的线性稳压电源，并且在各种电子和电气产品中得到广泛应用，而众多开关电源中的反激式开关电源因为其所需元件少、拓扑结构简单、效率高等优点被广泛使用与多路输出、功率较小的电路当中。
本文设计主要基于TOPSwitch系列，通过EMI滤波、整流桥整流对220V 交流进行整流，光耦合反馈、TL431稳压配合TOPSwitch控制，变压器的降压，TOPSwith的PWM脉宽调制控制功能实现稳定输出，实现两路输出一路为15V，1A；另一路为5V，3A。
其中，TOPSwitch为核心，通过控制脉冲电压占空比控制反击式变换器的开通与关断，实现了电子设备对电源的要求，也抑制了对电网的干扰。
整个设计电路采用最新的，也较简单的电路设计，具有结构紧凑、开关平率高、性能可靠、输入电压范围宽、输出效率高等优点。
关键词：反激式变换器；开关电源；PWM控制AbstractSwitch regulated power supply is the most important energy source.Although the kinds of switch power supply have a lot,but they have the same basic after all.The advantages of switch power supply are smaller size,light weight,high efficiency and a wide range of voltage and so on. With so many advantages, the type switch take the place of the traditional switch rapidly, so it is abroad used into many electron and electric production.The most of the flyback switch power supply is widely used in circuit which is multiplexed output and less power,because of its simple structure and less demand for peripherals.This design is based on TOPSwich series, which relies on EMI filtration.The rectifier bridge rectifier on 220V AC.Optical coupling feedback. TL431 voltage regulator cooperation with TOPSwitch control.Reduction voltage of transfomer. The ability of PWM pulse width modulation control of TOPSwitch. It can make two output come ture.One is 15V;1A another is 5V;3A.The TOPSwitch is the center. It works by control off or on of the voltage duty ratio and the flyback converter. It make requirements of electronic equipment for source come true and inhibits grid interference,too.The whole circuit use newest and simplest design,which has characteristic is compact structure,high frequency,property reliable etc.Key words: Fiyback convert;Switch power ; PWM control目录第一章绪论 (1)1.1开关电源背景及意义 (1)1.2课题研究方案 (2)1.3论文主要做的工作 (2)第二章多路输出反激式开关电源介绍 (4)2.1 TOPSwitch200系列介绍 (4)2.2电源系统整体结构框图 (4)2.3反激式变换器的原理 (5)第三章多路输出反激式开关各级电路分析及设备选择 (7)3.1保护电路的选择 (7)3.2电源滤波器的计算与选择 (7)3.3整流桥的选择与计算 (8)3.4输入滤波电容的计算 (9)3.5钳位电路的选择 (9)3.6高频变压器的计算与选择 (10)3.7反馈电路的原理及结构 (14)3.8磁珠 (16)第四章实验结果分析 (17)第五章总结和展望 (19)参考文献 (20)附录 (21)谢辞 (22)第一章绪论1.1开关电源背景及意义今天是信息时代，电子技术迅速发展，开关电源也逐渐走上了时代的舞台，采用开关电源技术能够减小电源体积，提高功率密度和电源效率，节省大量的铜、铁等有色金属，当前实现中功率和小功率电源的方法就是使用反激是开关电源技术。
多路输出开关电源设计
多路输出开关电源设计安森美半导体公司的NCP1252是一款电流模式PWM控制器，它使用内部固定的定时器，可以不依赖于辅助电压来检测输出过载。
文章介绍了基于NCP1252芯片的多路输出开关电源设计，分析了开关电源的工作原理，给出了设计步骤。
该开关电源可提供软起动、短路保护、过流保护等功能，并将该电源成功用于某型雷达收发机，验证了分析、设计的有效性。
标签：NCP1252芯片；多路输出；开关电源Abstract：The ON Semiconductor’s NCP1252 is a current-mode PWM controller that uses internally fixed timers to detect output overload without relying on auxiliary voltages. This paper introduces the design of multi-output switching power supply based on NCP1252 chip，analyzes the working principle of switch power supply，and gives the design steps. The switching power supply can provide soft start，short circuit protection，over-current protection and so on. The power supply has been successfully used in a certain type of radar transceiver，which verifies the effectiveness of the analysis and design.Keywords：NCP1252 chip；multiplex output；switching power supply引言电源如同人的心脏，为各种电子设备提供电能，性能优劣直接影响到整个电子系统的稳定性。
多路输出反激式开关电源设计要点
多路输出反激式开关电源设计要点多路输出反激式开关电源设计摘要:以UC3844芯片为控制核心，设计并制作了多路输出反激式开关电源。
完成了多路输出反激式开关电源系统设计，完成具体模块电路详细设计，包括 EMI 滤波电路、前级保护和整流桥电路、缓冲吸收电路、高频变压器、UC3844的启动与驱动电路、电流检测和过流保护电路等。
合理选择、设计和分配了开关电源各电路参数；设计出电路原理图，根据设计规范制作出 PCB，并组装出电源样机，最后对设计的样机进行测试验证。
开关电源样机输出电压稳定性较高，输出电压纹波较小，符合设计规范小于80mV 的要求；样机整体测试结果表明，电源各项指标均符合要求，输出稳定，性能较好。
关键词：开关电源；反激式；UC3844；模块化Design of Multi-output Flyback Switching Power SupplyAbstract: It was designed and produced a set of multiple output fly-back switching power supply, using the chip UC3844 as the control core. The design of the system and specific module circuits was completed. The module circuits include EMI filter circuit, level protection and bridge rectifier circuit, snubber circuit, high frequency transformer, start and drive circuit of UC3844, current sensing and over-current protection circuit. The parameters of switching power supply circuit were chose, designed and distributed reasonably. According to the schematic circuit design and design specifications, we produced the PCB, and assembled the prototype of power supply, also finished the test in the final.The higher stability of the output voltage of the switching power supply prototype, the output voltage ripple is small, meet the design specifications to the requirements of less than 80mV; The prototype of the overall test results show that the power of the indicators are in line with the requirements, output stability, better performance.Keywords: switch power supply；flyback；UC3844；Modular目录1 概述 01.1 课题研究背景与意义 01.2 课题设计内容 02 反激式开关电源系统分析 02.1 反激变换器工作原理分析 02.2 控制电路分析 (2)2.3 系统整体架构 (4)3系统设计 (5)3.1 变压器设计 (5)3.2 控制芯片选择 (11)3.3 控制芯片驱动电路及定时电阻电容计算 (13)3.4 缓冲吸收电路 (17)3.5 前置保护电路 (18)3.6 EMI滤波电路选择与设计 (18)3.7 输入整流滤波电路 (19)3.8 反馈电路设计 (21)3.9电流检测和过流保护电路 (22)3.10 软启动电路 (23)3.11 MOS管瞬态抑制保护电路 (24)4 系统调试 (24)4.1 硬件调试 (24)4.2 空载输出电压波形测量 (25)4.3 纹波测量与分析 (25)5 结束语 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录 (32)附录1 多路输出反激式开关电源原理图 (34)附录2 多路输出反激式开关电源PCB图 (35)附录3 多路输出反激式开关电源系统元器件清单 (36)多路输出反激式开关电源设计1 概述1.1 课题研究背景与意义随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电力电子设备都离不开可靠的电源，其供电一般采用开关电源。
多路输出开关电源的设计及应用原则
多路输出开关电源的设计及应用原则引言对现代电子系统,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.目前主要由下述诸多电压组合而成：＋,＋5V,±15V,±12V,－5V,±9V,＋18V,＋24 V、＋27V、±60V、＋135V、＋300V、－200V、＋600V、＋1800V、＋300 0V、＋5000V包括一个系统中需求多个上述相同电压供电电源等.不同的电子系统,不仅对上述各种电压组合有严格的要求,而且对这些电源电压的诸多电特性也有较严格的要求,如电压精度,电压的负载能力输出电流,电压的纹波和噪声,起动延迟,上升时间,恢复时间,电压过冲,断电延迟时间,跨步负载响应,跨步线性响应,交叉调整率,交叉干扰等.2多路输出电源对于电源应用者来讲,一般都希望其所选择的电源产品为“傻瓜型”的,即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值,无论系统的各路负载特性如何变化,而各路电源电压依然精确无误.仅就这一点来讲,目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的.为了更进一步说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可以看到,真正形成闭环控制的只有主电路Vp,其它Vaux1、Vaux 2等辅电路都处在失控之中.从控制理论可知,只有Vp无论输入、输出如何变动包括电压变动,负载变动等,在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度一般优于％,也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例.对Vaux1、Vaux2而言,其精度主要依赖以下几个方面：1T1主变器的匝比,这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32辅助电路的负载情况.3主电路的负载情况.注：如果以上3点设定后,输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了. 在以上3点中,作为一个具体的开关电源变换器,主变压器匝比已经设定,所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况.在开关电源产品中,有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性,即就是交叉负载调整率.为了更好地讲述这一问题,先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下.电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1测试仪表及设备连接如图2所示.2调节被测电源变换器的输入电压为标称值,合上开关S1、S2…Sn,调节被测电源变换器各路输出电流为额定值,测量第j路的输出电压Uj,用同样的方法测量其它各路输出电压.3调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值,测量第j路的输出电压ULj.4按式1计算第j路的交叉负载调整率SIL.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.根据上面的测试及计算方法可以将交叉负载调整率理解为：所有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原理所构成的实际开关电源,主控电路仅反馈主输出电压,其它辅助电路完全放开.此时假设主、辅电路的功率比为1：1.从实际测量得主电路交叉负载调整率优于％,而辅电路的交叉负载调整率大于50％.无论开关电源设计者还是应用者对大于50％的交叉负载调整率都将是不能接受的.如何降低辅电路交叉负载调整率,最直接的想法就是给辅助电路加一个线性稳压调节器包括三端稳压器,低压差三端稳压器如图3所示.从图3可知,由于引入了线性稳压调节器V,所以在辅路上附加了一部分功率损耗,功率损耗为P=而要使辅电路的交叉负载调整率小,就必须有意识地增大线性调整器的电压差,即就是要有意识增大,其带来的缺点就是增加了电源的功率损耗,降低了电源的效率.以图1及图3原理为基础设计和应用电源时,应注意的原则为：1主电路实际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％；3辅电路功率最好小于主电路功率的50％；4辅电路交叉负载调整率不大于10％.改进型多路输出开关电源在很多应用场合中,要求2路输出的功率基本相当,比如±12V/0.5A,±1 5V/1A.我们通过多年的实践,设计了如图4所示的电路,能较好地达到提高交叉负载调整率的目的.图4电路设计思想的核心有以下2点.1将正负2路输出滤波电感L1、L2绕制在同一磁芯上,采用双线并绕的方法,从而保证L1、L2电感量完全相同.并注意实际接入线路时的相位差模方法关系,这种滤波电感的连接方法使2路输出电流的变化量相互感应,在一定程度上较大地改善了2路输出的交叉负载调整率.2从图4可以看到,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.这样采样误差将同时反映出正、负2路输出的电压精度变化,对正、负2路同样都存在有反馈作用,能在很大程度上改进2路输出的交叉负载调整率.以±15V/1A电源为例,采用图4的电路设计,实测得的2路交叉负载调整率优于2％.以图4原理为基础设计和应用电源时,应注意的原则为：12路最好为对称输出功率对称,电压对称,无明显的主、辅电路之分,比如我们常用到的±12V,±15V等都属于此类；22路输出电压精度要求都不是太高,1％左右；32路输出交叉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路电源设计方案,如图5所示.从图5可以看到,主＋5V输出与辅路±Vout可以是±15V或±12V输出电路不但反馈相互独立,而且其PWM脉宽调制器,功率变换和变压器都是相互独立的.可以将此3路电源看成是由相互独立的1个＋5V电源和1个±Vout电源共同组合而成.为了进一步减少二者之间的相互干扰和降低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和采用同步工作方式.高频磁放大器稳压器在多路输出电源中,输出电路经常采用高频磁放大稳压器,它以低成本、高效率、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应用.磁放大器能使开关电源得到精确的控制,从而提高了其稳定性.磁放大器磁芯可以用坡莫合金,铁氧体或非晶,纳米晶又称超微晶材料制作.非晶、纳米晶软磁材料因具有高磁导率,高矩形比和理想的高温稳定性,将其应用于磁放大器中,能提供无与伦比的输出调节精确性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睐.非晶、纳米晶磁芯除上述特点外还具备以下优点：1饱和磁导率低；2矫顽力低；3复原电流小；4磁芯损耗少；磁放大输出稳压器没有采用晶闸管或半导体功率开关管等调压器件,而是在整流管输出端串联了一个可饱和扼流圈如图6所示,所以它的损耗小.由图6可知,磁放大稳压器的关键是可控饱和电感Lsr和复位电路.可控饱和电感是由具有矩形BH回线的磁芯及其上的绕组组成,该绕组兼起工作绕组和控制绕组的作用.复位RESET是指磁通到达饱和后的去磁过程,使磁通或磁密回到起始的工作点,称为磁通复位.由于磁放大稳压器所用的磁芯材料的特点良好的矩形BH回线及高的磁导率,使得磁芯未饱和时的可控饱和电感对输入脉冲呈现高阻抗,相当于开路,磁芯饱和时可控饱和电感的阻抗接近于0,相当于短路.目前开关电源工作频率已提到几百kHz以上,磁放大器在开关电源中的广泛应用对软磁材料提出了更高的要求.在如此高的频率下,坡莫合金由于电阻率太低约60μΩcm导致涡流损耗太大,造成温升高,效率降低,采用超薄带和极薄带虽能有所改善,但成本将大幅度上升；铁氧体具有很高的电阻率大于105μΩcm,但其Bs过低,居里点也太低.由于工作环境恶劣,对材料的应力敏感性、热稳定性等都有严格要求,上述材料是很难满足要求的.非晶合金的出现大大丰富了软磁材料.其中的钴基非晶合金具有中等的饱和磁感应强度,超微合金具有较高的饱和磁感应强度,它们都具有极低的饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性.钴基非晶和超微晶在保持高方形比的同时可以具有很低的高频损耗,用于高频磁放大器中,可大大提高电源效率,大幅度减小重量、体积,是理想的高频磁放大器铁芯材料.3高频磁放大输出稳压器典型应用电路图7所示的多路输出电源,其主路为闭环反馈PWM控制方式,辅路为磁放大式稳压电源.由于辅路磁放大输入电压波形受控于变压器主、辅绕组比,以及主路的工作状态主路输出电压的高低和主路负载的高低等,所以辅路的交叉负载调整率仍然不能够达到理想的状态.图8所示是一种完全利用磁放大器稳压技术设计的多路输出稳压电源.此电源前级为双变压器自激功率变换电路,后级多路输出均为磁放大器稳压电路.并且各路之间无关,前后级之间无反馈,无脉宽调制器PWM.此电路的优点如下：1电路结构简单,使用元器件数量少,除了两只功率管以外,其它元器件均是永久性或半永久性的,可靠性极高,制作也很方便；2电路中没有隔离反馈放大器,因此调整极其容易,而且一旦调整好后就无须维护,前级变换功率取决于后级总输出功率；3各路的输出特性相互独立,独自调整稳压,无主、辅路之分,所以,各输出电路的负载调整率的交叉负载调整率都非常理想,小于05％；4磁放大器在功率开通瞬间,处于“开路”状态,功率管在此刻的导通电流趋近于零,因而,损耗减到了最低限度,这有利于变换器的高频化和高效率；5由于前级功率变换器为不调宽的纯正方波,以及后级接了磁放大器,这样可以大幅度地降低输出纹波的峰－峰值,普通PWM型电源的输出纹波大约为输出电压标称值的1％左右,而采取带磁放大器的整流电路,纹波的峰－峰值可比较容易地降低到％左右.上述磁放大型稳压电源的综合电特性都是其它PWM隔离负反馈多路电源所无法比似的.尤其对多路电源实际应用来讲,可以对电源内部特性和电子系统的负载特性不予考虑,拿来就能使用,用上就无问题.但是,现代磁放大型稳压电源还存在如下一些问题,有待解决.1电路形式需进一步完善尤其是电源前级功率变换电路,应加入过、欠压保护,过流、短路保护,电源使能端.2进一步提高工作频率,以便减小体积.3进一步提高效率,减小磁损.4结语综合上述,对多路电源应用者而言,可以根据电子系统用电情况,更切实际地提出所用电源的特性参数.对多路电源设计者而言,可以更多更系统地了解现今多路电源设计方法,减少新产品的开发周期,做到事半功倍.。
多路输出单端反激式开关电源设计
设计要求本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为10 W。
为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB 上。
考虑10W的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。
单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。
单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片TL431及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。
本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：10W输入交流电压：85～265V输出直流电压／电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA纹波电压：≤120mV单端反激式开关电源的控制原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。
反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。
这也是反激式电路的基本工作原理。
而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。
TOPSwitch-Ⅱ系列芯片选型及介绍TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。
控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。
源极(S)与高压功率回路的MOSFET的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。
内部输出极MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降，控制电压的典型值为5.7 V，极限电压为9 V，控制端最大允许电流为100 mA。
一款多路输出单端反激式开关电源的电路设计方案
多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的新巨电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。
仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。
为了更进一步说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可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。
从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动(包括电压变动，负载变动等)，在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度(一般优于0.5%)，也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。
对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1)T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32)辅助电路的负载情况。
3)主电路的负载情况注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。
图1在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。
在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。
为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。
电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1)测试仪表及设备连接。
2)调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2…Sn，调节被测电源变换器各路输出电流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。
3)调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。
4)按式(1)计算第j路的交叉负载调整率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。
基于DM0265的多路输出开关电源设计
轻； ③稳压范围广 ； ④性能灵活， 驱动能力强 ； ⑤可靠性
０ 引 言
随着变 频调 速技 术 的发 展 ， 频 器 在交 流 电机调 变
谷 利 飞 ， 敏 明 ， 海鹏 顾 潘
（ 江理工 大学 机械 与 自动控制 学 院 ， 浙 浙江 杭州 ３０ １ ） １０８
摘要： 开关电源设计是变频器硬件设计 的核心 内容之一 ， 其性能 的好坏 直接影响变频调 速系统 的整体工作 性能。针对变频器 内部
电路 多 种 电压 等 级 供 电的 需 要 ， 计 了一 种 基 于 Ｆ ｉ ｈ ｄ公 司 的 Ｄ ０ ６ 片 的反 激 式 多路 输 出 隔 离 型 开 关 电源 。介 绍 了 该 电 源 设 ａ ｃｉ ｒ ｌ Ｍ ２ ５芯
ＧＵ Ｌ — ｉ ｉ ｅ ，ＧＵ Ｍｉ — ｎ ｆ ｎ ｍｉｇ，Ｐ ＡＮ ｌｐ ｎ Ｈａ — ｅ ｇ
（ ａｕｔ ｏ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄＡ ｔｍ ｔ ｏｔ ｌ ｈｊ ｎ ｃ Ｔ ｃ ｎｖｒｔ ， ａ ｇｈ ｕ３ ０ １ ，Ｃ ｉａ Ｆ ｃ ｌ ｆ ｃ ａｉａ Ｅ ｇ ｅｉ ｎ ｕｏ ａ ｃＣ ｎｒ ，Ｚ ｅｉ ｇＳ ｉ ｅｈＵ ｉ ｓｙ Ｈ ｎｚｏ １０ ８ ｈｎ ） ｙ ｎ ｎ ｉ ｏ ａ — ｅｉ
第２ ７卷 第 ９期
２１ ０ ０年 ９月
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电
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Ｖ０． ７ Ｎｏ ９ １２ ． Ｓｅ ２ ０ ｐ． ０１
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ＆ Ｅ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｎ ｏ ｒ ａ ｃ ａ ｉａ ｏ ｌ ｃｒ ｌ ｃ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉ
基 于 Ｄ ２ ５的 多 路 输 出开 关 电 源 设 计 Ｍ０ ６
文章 编 号 ： ０ ～ ５ １ ２ １ ）９— １０— ４ Ｉ １ ４ ５ （０ ０ ０ ００ ０ Ｏ
多路输出开关电源的设计及应用原则
多路输出开关电源的设计及应用原则多路输出开关电源是一种电力电子设备，它可以从交流电源中提供多个不同电压和电流的直流电输出。
在设计和应用多路输出开关电源时，有几个重要的原则需要考虑。
1. 选定合适的开关电源拓扑结构：多路输出开关电源可以采用多种拓扑结构，例如非隔离型Buck、Boost、Buck-Boost和隔离型Flyback、Forward等。
选择合适的拓扑结构需要考虑输出电压、输出功率和成本等因素。
2. 合理设计输出电压和电流的等级：多路输出开关电源通常需要提供不同电压和电流级别的输出。
在设计时，应根据实际需求合理确定输出电压和电流的等级，并确保满足负载的功率需求。
3. 增加输出电压和电流的调节功能：多路输出开关电源应具备电压和电流的调节功能，以满足不同负载的需求。
可以通过采用可调电压稳压器（例如LM317）或数字控制芯片（例如TL494）来实现。
4. 合理设计电源滤波电路：多路输出开关电源需要具备良好的电源滤波电路，以降低输入和输出端的电磁干扰。
可以采用电容、电感和磁珠等元件来设计滤波电路，并确保滤波效果良好。
5. 保证输出电压和电流的稳定性：输出电压和电流的稳定性是多路输出开关电源设计中的重要指标。
可以采用反馈控制回路和稳压芯片等来保证输出电压和电流的稳定性。
多路输出开关电源的应用范围广泛，常见应用包括：1. 电子设备：多路输出开关电源可以为电子设备提供不同电压和电流的直流电源，例如计算机、通信设备、工业自动化设备等。
2. 医疗设备：多路输出开关电源可以为医疗设备提供稳定、可靠的电源，例如医用仪器、电子监护设备等。
3. 光电设备：多路输出开关电源可以为光电设备提供适合的电压和电流，例如LED照明、激光器、光纤通信设备等。
4. 电源适配器：多路输出开关电源可以用作电源适配器，为各种便携电子设备充电，例如手机、平板电脑、笔记本电脑等。
需要注意的是，在使用多路输出开关电源时，应确保正确安装和连接，避免电气安全问题。
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开关电源多路输出技术控制方法综述
技术分类：电源技术 | 2009-07-20
华南理工大学文露谢运祥
0 引言
多路输出技术中一个重要性能指标就是负载交叉调整率的问题，我们通常采用变压器副边多个绕组的方法来实现多路输出。
但是这种方法一般只采样一路主输出进行反馈调节控制，因此交叉调整性能较差。
改善多路输出开关电源交叉调整率的方法可分为无源和有源两类。
本文首先介绍了几种传统的多路输出技术，并对其进行了简单的分析和总结。
重点介绍了两种新的多路输出技术：恒流源实现多路输出和PWM—PD多路输出技术。
结合典型拓扑探讨了PWM—PD技术的应用前景。
l 传统的多路输出方法
1)无源调节
无源调节通过在次级增加一些简单的无源器件可以使负载交叉调整率得到一定的改善。
无源调节包括耦合电感调节控制和加权电压反馈调节控制两种，如图1所示。
前者通过将输出电感L1、L2绕在同一磁芯上，相当于增大了滤波电感，使辅输出稳压，从而使负载交错性能得到一定改善。
加权电压反馈调节同时检测反馈几路输出电压加权和到控制电路中，通过合理设计各路输出反馈电压的加权因子，调整各路输出电压。
这两种方法都存在调节误差。
但它们实现起来比较简单，不增加电路的复杂性，适用于对输出电压精度要求较低的场合。
2)有源调节
有源调节也可称为次级后置装置调节，即通过在变压器副边加入一级有源调节装置对次级整流电路进行调整来实现对辅输出电压的调整。
以正激电路为例，图2给出了五种不同类型的次级后置装置调节方式，他们具有各自的优缺点。
表l给出了不同类型调节方式在电路结构、效率、性价比、调整率以及应用场合等方面的特性比较。
2 新颖的多路输出技术
1)恒流源实现多路输出技术
传统的多路输出技术存在交叉调整率较差或者电路过于复杂等问题，恒流源多路输出技术通过对几个控制开关的简单控制可很好的实现对不同负载的供电。
(1)工作原理
图3给出了恒流源实现多路输出的基本工作原理。
如图所示，多个平行负载分别通过一个输出控制开关接在恒流源的后级，采用分时复用(TM)的方法，每个输出开关在一个开关周期内只有一段间隔时间与电流源连接，通过控制开关的开通和关断时间可以控制每路输出电容上的电压值，实现多路输出电压。
该恒流源可以用平均电流控制型Buck，Buck—Boost，SEPIC，反激等单电感PWM DC—DC 变换器来实现，如果输入输出需要电气隔离则可用正激变换器拓扑。
根据不同的电路拓扑，电路可工作在断续(DCM)模式，也可工作在连续 (CCM)模式，还能实现输出的双极性。
(2)控制方法
输出开关S1、S2、S3的占空比控制有几种控制方法。
一种是滞后控制，如图4所示。
t1时间内第一路输出电压Uo1低于其下限值时，S1导通，电流源对输出电容C1充电，输出电压逐渐升高，当达到它的上限电压值时，S1关断。
当S1、S2、S3都关断，没有任何负载与恒流源接通时，Sr导通，恒流源通过Sr 续流。
每路输出与恒流源的导通时间在一定范围内取决于它的滞后带宽。
采用滞后控制的功率开关管开关频率是不断变化的，不利于电路参数的设计。
电压反馈控制是另一种更可取的方法，对各个开关进行恒频脉宽调制控制，各路输出开关的控制信号应选用同一斜坡信号以保持同步。
以两路输出的Buck 变换器为例，如图5所示。
VT1和VT2，VTr和VT1，VTr和VT2的驱动信号之间须有一定的死区。
恒流源实现多路输出技术的方法电路磁性元器件少，控制电路简单，如开关占空比留有一定的死区时间则各路输出之间完全不存在负载交叉调整率的问题，但轻载时效率较低，比较适用于便携数字电路系统中的储备电源。
开关电源多路输出技术控制方法综述
技术分类：电源技术 | 2009-07-20
华南理工大学文露谢运祥
2)PWM—PD(Pulse width modulation—pulsedelay control)多路输出技术
(1)工作原理
PWM—PD多路输出技术基于脉宽调制一脉宽延迟控制技术之上研究出新的
多路输出变换器拓扑。
利用PWM—PD多路输出技术获得的独立控制参数个数多于拓扑中可控器件的个数。
它的基本工作原理如图6(a)所示，以正反激变换器为例。
电路有三路输出，两个功率开关管，中间为功率级。
要实现三路精确输
出则需要三个独立控制参数对电路进行控制。
占空比dA、dB分别为VTA、VTB
的同频控制信号，控制第一路和第三路的输出电压。
另外一个控制信号取决于dA、dB之间的延时dA、dd+dB控制第二路输出电压。
这样三个控制信号dA、dB、dd+dB就可实现三路输出的精确调节。
电路只需控制两个开关功率器件就能获得三路输出电压。
该控制电路可以通过模拟集成芯片实现，亦可采用数字控制，控制信号dA、dB、dd应满足下面条件，如图6(b)所示。
(2)典型应用
PWM—PD多路输出技术适用于很多DC／DC拓扑。
根据中间的DC／DC变换器功率模块的不同拓扑结构可分为以下三类：
①无隔离变压器的变换器，如图7(a)；
②有变压器并接有后置调节装置的变换器，其中又包括变压器多副边及单副边绕组两种情况，如图7(b)；
③有变压器但不接后置调节装置的变换器，如图6(a)。
上述几种PWM—PD多路输出拓扑有些只适用于非隔离场合，有些受到功率等级的限制。
文献提出了一种基于PWM—PD控制技术的全桥式多路输出变换器，见图8。
基本工作原理：开关管VT1和VT2组成第一路不对称半桥，VT3和VT4组成第二路不对称半桥，两组不对称半桥并联则组成一个全桥电路。
对三路输出分
别进行采样可获得三个误差放大电压。
利用Uo2的误差信号产生两路PWM—PD
脉冲分别同步两路PWM信号，两路PWM信号可分别产生两路互补信号UVTl、UVT2和UVT3、UVT4，经脉冲隔离变后分别控制四个开关管，则Uo1和Uo3可分别通
过控制UVT1和UVT3的占空比获得精确控制，Uo2由UVT1和UVT4之间的相移
控制。
此外，通过扩展桥臂还可以实现2N一1路输出(N为桥臂数)，每一路都能
获得精确控制。
利用变压器漏感还可以实现四个开关管的ZVS运行，使变换器
可以工作在更高的开关频率。
该方法较之传统的后置装置调节控制电路更为简单，所需元器件少，成本低，效率高，交叉调整率好，输出电压精确，对输出电压调整率要求高的大功率场合如通信电源、工业电源等具有实际意义。
3 结束语
交叉调整率是评估多路输出开关电源的重要性能指标之一。
本文对传统的
多路输出控制技术进行了简单介绍和总结，对于输出精度不高的场合，低成本的无源调节方式可以满足设计要求。
随着通信、数字处理技术的发展，输出调整
率好的大功率多路输出变换器越来越受到业界的欢迎。
基于PWM—PD控制技术的多路输出变换器控制简单，所需元件少，效率高，交叉调整率好，其研究对未
来多路输出技术的发展具有很好的参考价值。