基于反激变换器的多路输出电源研究与设计

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随着电子信息技术的快速发展,电子设备逐步迈向复杂化与智能化,这使得多路输出电源的需求日益增长。当前,多路输出电源常通过在隔离型变换器的变压器副边绕制多个绕组的方式实现,其中反激变换器的应用最为广泛,这种实现方式较为简单,但存在交叉调整率问题,交叉调整率问题严重影响电源的供电质量。因此,为了改善交叉调整率问题,本文基于反激变换器对多路输出电源方案展开研究。研究了单级式多路输出反激变换器方案。首先基于两路输出反激变换器模型,分析了次级电流在反激时刻和全周期内的分配情况,得出交叉调整率影响因素。为改善交叉调整率,从变压器绕制角度出发,在常规“三明治”绕法基础上引入绕组堆叠绕法,分析了绕组堆叠绕法的改善原理和存在的不足,随后给出一种直流电压叠加法,该方法改善了绕组堆叠绕法下存在的辅路输出受主路负载变化影响的问题。最后通过PSIM和Saber软件下的仿真,验证了交叉调整率影响因素分析的正确性和从变压器绕制角度改善交叉调整率的可行性。研究了两级式多路输出电源方案。首先分析总结了单级式多路输出电源架构在工程应用中存在的问题,由此提出两级式多路输出电源架构的解决方案。通过分析选取了变换器拓扑、控制方式和整流方式,反激变换器作为前级变换器,Buck变换器作为后级变换器,前后级均采用闭环控制和同步整流。然后引入系统稳定性的概念,并给出一种阻抗匹配的稳定性判据,通过建立反激变换器和Buck变换器小信号模型,得到了反激变换器开、闭环输出阻抗式和Buck变换器开、闭环输入阻抗式。最后通过绘制前、后级变换器阻抗图和PSIM仿真,验证了两级式多路输出电源系统的稳定性。为验证上述两种电源方案研究的可行性,依据60-120V输入,12V/5A、5V/4A输出的基本设计指标,设计了两台电源样机,并搭建实验平台对样机进行输出电压性能测试,实验结果表明:直流电压叠加法在一定程度上改善了单级式多路输出反激变换器的交叉调整率,但电源辅路输出电压精度仍然较低;两级式多路输出电源各路输出电压精度都较高,两级式多路输出电源方案较好地改善了多路输出交叉调整率问题。
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