變換器型開關(guān)電源負(fù)載效應(yīng)簡析

(4)

式中 K=10～100。按(4)式估算，可得出電流調(diào)整率Si至少大于1%，有時(shí)甚至可達(dá)10%以上。

2.3 電壓調(diào)整率估算

電壓調(diào)整率通常按負(fù)載不變情況下，源電壓波動(dòng)10%來測試。由于負(fù)載不變，源電壓波動(dòng)多少，輸出電壓也就同比例變化。設(shè)Ui變化10%時(shí)，輸出直流電壓Uo也會(huì)變化10%。

電壓調(diào)整率可用式(5)表示。

(5)

若按K=50計(jì)算，得Su≈0.2%。

2.4 負(fù)載調(diào)整率與電壓調(diào)整率的比較

計(jì)算與實(shí)踐均表明，式(4)中的分子項(xiàng)目眾多，其數(shù)值遠(yuǎn)大于(5)式中的分子，故有Si>>Su ,即負(fù)載調(diào)整率大大劣于電壓調(diào)整率。在由市電供電的變換器型開關(guān)電源中，都存在這樣的規(guī)律。

3 采用VIPer22A的電流控制型變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源

3.1 整體電路結(jié)構(gòu)框圖

采用VIPer22A的電流控制型變換器式開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。市電經(jīng)整流濾波環(huán)節(jié)進(jìn)入變壓器和VIPer22A模塊后，將直流電變換成脈寬可調(diào)的高頻電，再經(jīng)高頻整流濾波器至輸出端負(fù)載。負(fù)載端電壓經(jīng)反饋誤差放大器放大，回饋到VIPer22A反饋端，進(jìn)而調(diào)節(jié)變換器的輸出脈寬，以穩(wěn)定負(fù)載端電壓。

圖3 VIPer22A電流控制型功率變換器式開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)框圖

3.2 電壓調(diào)整率極優(yōu)

當(dāng)市電AC220V出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，變壓器原邊繞組中的電流幅值也會(huì)相應(yīng)變化，立即顯現(xiàn)到芯片內(nèi)取樣電阻RS上，過電流比較器即調(diào)節(jié)PWM脈寬，相應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電壓。該過程在整個(gè)穩(wěn)壓過程中，起著絕對(duì)主導(dǎo)作用。與此同時(shí)，外環(huán)的誤差放大器也參與運(yùn)作，使圖4所示的VIPer22A芯片F(xiàn)B端(3腳)輸入電流變化，調(diào)節(jié)功率MOSFET的柵極脈寬反向變化，從而將輸出電壓最大限度地恢復(fù)到外電壓波動(dòng)前的數(shù)值上。即源電壓的波動(dòng)，得到了增益很大的一階電路電流控制模式的及時(shí)應(yīng)對(duì)，就將源電壓效應(yīng)提升到優(yōu)于0.01%的程度。

當(dāng)然，圖3外環(huán)的電壓控制工作模式也參與應(yīng)對(duì)市電的波動(dòng)，但作用遠(yuǎn)小于電流控制模式，響應(yīng)速度也較低。

3.3 負(fù)載調(diào)整率

3.3.1 VIPer22A電流控制，將負(fù)載波動(dòng)所引起的E值波動(dòng)影響平抑到可以忽略不計(jì)

雖然負(fù)載波動(dòng)時(shí)，市電整流濾波后所得的直流電壓E也會(huì)相應(yīng)波動(dòng)，但在VIPer22A內(nèi)部有閉環(huán)的電流控制，不論是市電波動(dòng)還是整流濾波后的直流電壓波動(dòng)，都會(huì)引發(fā)VIPer22A內(nèi)部功率MOSFET的漏極電流的波動(dòng)，采樣電阻RS上的壓降隨之改變，并及時(shí)調(diào)節(jié)PWM脈寬，應(yīng)對(duì)整流濾波后的直流電壓波動(dòng)，確保輸出電壓的穩(wěn)定。這時(shí)的調(diào)節(jié)精度相當(dāng)于VIPer22A的電壓調(diào)整率，即0.01%。這樣高的調(diào)節(jié)精度，近似于整流濾波后的直流電壓沒有波動(dòng)。

3.3.2 VIPer22A電流控制將負(fù)載波動(dòng)對(duì)高頻變壓器原邊電流影響平抑到可以忽略不計(jì)

當(dāng)市電電壓不變，負(fù)載波動(dòng)時(shí)，W1繞組電流相應(yīng)波動(dòng)，圖2中過電流比較器的同相輸入端電壓也相應(yīng)變化，并及時(shí)調(diào)節(jié)脈寬，同樣保有優(yōu)于0.01%穩(wěn)定精度。

3.3.3 VIPer22A電流控制將負(fù)載波動(dòng)對(duì)功率MOSFET上的電壓影響降至可以忽略不計(jì)

功率MOSFET漏-源極間的導(dǎo)通電阻為15Ω，負(fù)載波動(dòng)所引起的功率MOSFET漏-源極間的電壓降波動(dòng)，必然引發(fā)取樣電阻RS上的電流和電壓波動(dòng)。VIPer22A內(nèi)部的電流控制將這種波動(dòng)反饋到過電流比較器的反相輸入端，內(nèi)環(huán)控制PWM,將影響降至最低，確保輸出電壓的穩(wěn)定，調(diào)整精度也是優(yōu)于0.01%。即VIPer22A內(nèi)環(huán)的電流控制將變壓器副邊以前的所有電流波動(dòng)所產(chǎn)生的影響降至微乎其微。

3.3.4 低負(fù)荷條件下的自動(dòng)間歇工作模式進(jìn)一步優(yōu)化了負(fù)載調(diào)整率

VIPer22A芯片還具有低負(fù)荷條件下的自動(dòng)間歇工作模式，當(dāng)開關(guān)電源空載或是流過功率MOSFET的漏極電流小于或等于極限值的12%—約為85mA(峰值)時(shí)，芯片N1會(huì)自動(dòng)進(jìn)入間歇工作狀態(tài)，既保證低負(fù)載時(shí)的正常運(yùn)行，又可以降低整機(jī)功耗，抑制了輕載時(shí)的輸出電壓上升，其負(fù)載調(diào)整率得到進(jìn)一步優(yōu)化，顯著地勝過電壓控制型變換器式開關(guān)電源。

3.3.4 以上4項(xiàng)措施均封裝在器件內(nèi)部，將VIPer22A變換器型開關(guān)電源的負(fù)載調(diào)整率大大優(yōu)化

(4)式中分子的第一大項(xiàng)重列于式(6)，其數(shù)值很大，在分子中占據(jù)大的比例。

(6)

但在VIPer22A器件中，這個(gè)量通過內(nèi)環(huán)的高精度調(diào)節(jié)，使其對(duì)負(fù)載調(diào)整率的總體影響降到很低，大大優(yōu)于(4)式分子的后兩項(xiàng)，即在估算負(fù)載調(diào)整率時(shí)，(6)式所得參數(shù)，在現(xiàn)在條件下可以不予考慮。故得出VIPer22A的變換器型開關(guān)電源的負(fù)載調(diào)整率的近似公式為

將實(shí)際數(shù)值帶入(7)式，可得VIPer22A電源的負(fù)載調(diào)整率明顯優(yōu)于1%，仍大大劣于它自身的電壓調(diào)整率0.01%。但卻大大優(yōu)于電壓型調(diào)節(jié)的變換器式開關(guān)電源。

3.3.5 外環(huán)的電壓控制模式也參與穩(wěn)定負(fù)載變化所引起的輸出電壓波動(dòng)

與此同時(shí)，負(fù)載波動(dòng)時(shí)，W3繞組及其輸出端電壓也有波動(dòng)，所以處于芯片外環(huán)的電壓控制模式投入運(yùn)行應(yīng)對(duì)，這像一般電壓控制型開關(guān)電源一樣，也用以保持輸出電壓穩(wěn)定，但精度與響應(yīng)速度都劣于內(nèi)環(huán)。