變換器型開關電源負載效應簡析

摘要：在變換器型開關電源中，與電壓控制模式開關電源相比，電流控制模式開關電源的電壓調整率獲得幾個數(shù)量級的優(yōu)化，負載調整率也有顯著改善;但負載調整率仍劣于電壓調整率，這成了目前變換器型開關電源的一種規(guī)律。

敘詞：VIPer22A 電壓控制 電流控制 變換器型開關電源 負載調整率 電壓調整率

Abstract：Abstract: Compared with switching power supply with voltage-control mode, the voltage adjustment rate in current in switching power supply with current-control mode achieves optimization of several orders of magnitude, following the significant improvement in the load adjustment rate. However, the load adjustment rate is inferior to current adjustment rate, which is quite common with present-day convertor-type switching power supply.

Keyword：VIPer22A, Voltage control, Current control, Convertor-type switching power supply, Load adjustment rate, Voltage adjustment rate

1 前言

由市電供電的變換器型開關電源具有隔離功能。這類電源使用多了，就會發(fā)現(xiàn)：盡管它們電路結構不同，性能差異也大，然而它們的負載效應總是劣于源電壓效應。本文對這一問題進行簡析。

2 電壓控制型變換器式開關電源

2.1 整體電路結構框圖

通常的電壓控制型變換器式開關電源的電路結構如圖1所示。市電經整流濾波環(huán)節(jié)進入變換器后，再經高頻整流濾波器至輸出端負載。負載端電壓經反饋誤差放大器放大，回饋到PWM環(huán)節(jié)，進而調節(jié)變換器的輸出脈寬，以穩(wěn)定負載端電壓。

2.2 負載調整率估算

2.2.1 梗概計算

由市電供電的變換器型開關電源，其源電壓效應通常都優(yōu)于負載效應。負載調整率可以用式(1)表示 。

(1)

式中：△Uoi—加額定負載電流時在輸出端產生的電壓降落(V);

Uo—開關電源空載時的額定輸出電壓(V);

K—誤差放大器的電壓放大倍數(shù)。

2.2.2 開關電源負載波動時整流濾波電壓的波動

從開關電源負載電流由零到額定負載時，工頻整流濾波直流電壓E隨之衰減，衰減值

△E的百分比與濾波電容容量和負載大小有關，可參照橋式整流輸出電壓E/Um與ωCRL關系曲線予以估算(見圖2)。

圖中： E —整流濾波電壓平均值(V),E=Y1×1.4142Ui;

Y1—左邊縱坐標數(shù)值;

Um—整流電壓峰值(V), Um=1.4142Ui;

Ui—電網(wǎng)電壓(V);

Y2—右邊縱坐標數(shù)值;

Rn—包括電網(wǎng)和整流管正向壓降等在內的整流濾波電路的總內阻(Ω);

Rl—實際負載電阻(Ω);

ω—電網(wǎng)角頻率，ω=2πf(弧度);

f——電網(wǎng)頻率，(Hz);

C—濾波電容容量(F)。

不難看出，總內阻Rn越大，實際輸出的整流濾波電壓E的衰減比例也越大,曲線也就越往下面移。

小功率變換器式開關電源在額定負載時，(Rn/Rl) ≈0.005;空載時(Rn/Rl) ≈0.002。查圖2相應曲線，可得兩種狀態(tài)的E值之差△E≈E(2.0～3.0)%。

2.2.3 變換器中變壓器原邊電阻的影響

考慮到開關電源的效率和體積，變換器中的變壓器盡量選擇小型化，繞組漆包線也要相應細一些，因此繞組電阻也較大;當流過較大電流時，繞組就會產生較大壓降(銅損)，影響負載調整率。原邊繞組的電阻值用Rw1表示。

2.2.4 變換器中功率MOSFET漏-源極間的電壓降波動

小功率變換器中功率MOSFET的導通電阻RON較大，可達10Ω以上，當開關電源負載波動時，必然引發(fā)功率MOSFET的壓降波動，這同樣影響著負載調整率。

2.2.5 變壓器副邊繞組電阻和高頻整流管壓降隨負載波動而波動

這是不言而喻的，副邊繞組電阻用Rw3表示，高頻整流管壓降用VD表示。

2.2.6 輸出電壓的綜合變化

將以上對負載調整率有明顯影響的四項加起來，可列出通常變換器型開關電源開環(huán)狀態(tài)下的輸出電壓變化

(2)

式中：△E—負載電流由零到額定負載時，工頻整流濾波直流電壓E衰減百分比，可按橋式整流電容濾波 輸出電壓E與ωRLC關系曲線估量(見圖2);

N2/N1—變壓器T1原邊與副邊繞組之變比;

IO—輸出額定電流(A);

RON——-功率開關管的導通電阻(Ω);

RT1——-變壓器的內阻(Ω);

VD——-輸出端整流管的壓降(V)。

變壓器的內阻

(3)

式中： RW1—繞組W1反射到W3的電阻(Ω);

RW3—繞組W3的電阻(Ω)。

將式(3)分別帶入式(2)和式(1)，整理后得電流調整率

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