基于DC/DC變換器并聯(lián)輸出的均流變換器設(shè)計

　　圖6 并聯(lián)后開關(guān)電源的外特性斜率

　　從圖6顯見，外特性斜率小(即輸出阻抗小)的電源，分配電流的增長量比外特性斜率大的電源增長量大。

　　Droop法實現(xiàn)均流的主要手段就是利用電流反饋調(diào)節(jié)每個變換器的外特性斜率，使并聯(lián)變換器的輸出阻抗接近一致，從而達(dá)到輸出均流。

　　由前文所述，反激電路的輸出阻抗為開關(guān)管導(dǎo)通占空比的函數(shù)，因此用反激電路實現(xiàn)Droop法均流的途徑，應(yīng)該通過電流檢測信號控制開關(guān)管導(dǎo)通占空比來實現(xiàn)，或者說電流檢測信號要參與PWM控制。

　　本文用Droop法設(shè)計了兩個12V輸出的并聯(lián)DC/DC變換器，結(jié)構(gòu)如圖7所示，技術(shù)指標(biāo)要求如下。

　　圖7 Droop法均流DC-DC設(shè)計原理框圖

　　輸入電壓：17V～32VDC;

　　輸出電壓：12VDC;

　　輸出最大功率：30W;

　　工作頻率：200kHz。

　　電壓調(diào)整率：小于±3%;

　　負(fù)載調(diào)整率：小于±3%;

　　效率：大于70%;

　　紋波：于70mV。

　　設(shè)計結(jié)果

　　● 負(fù)載調(diào)整率

　　本文研究的反激式變換器的輸出方式是離線式設(shè)計，而且電壓采樣信號沒有從輸出端直接采樣，而是采用了磁隔離采樣技術(shù)。這種設(shè)計可以不借助啟動隔離電 路和隔離驅(qū)動電路而實現(xiàn)離線式輸出，線路簡單，但帶來的缺點是負(fù)載調(diào)整率做不到很高。理論上很難把負(fù)載調(diào)整率做到±5%，有關(guān)文獻(xiàn)介紹這種 設(shè)計(輸出12V，電流從0.1～0.3A變化)可以實現(xiàn)的負(fù)載調(diào)整率±3%，本設(shè)計經(jīng)過一些有效的措施，使得負(fù)載調(diào)整率在負(fù)載電流從 0.1～1.3A變化時達(dá)到±3%。

　　變壓器耦合

　　由于電壓采樣信號是通過變壓器電壓采樣信號繞組耦合輸出電壓變化信號得到的，故信號耦合的好壞直接影響到輸出電壓負(fù)載調(diào)整率的好壞。經(jīng)過反復(fù)試驗，得到兩點實踐經(jīng)驗：

　　變壓器的繞制采用“三明治”式繞法，即初級繞組先繞一半，再繞次級繞組，繞后再將初級繞組剩余的匝數(shù)繞完，將次級繞組包裹在里面，這樣漏感最小，見圖8所示。

　　圖8 變壓器的繞制方法

　　輸出繞組和電壓采樣繞組并繞以實現(xiàn)最佳耦合效果。

　　工作模式

　　經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，電路工作模式的不同對負(fù)載調(diào)整率影響也很大。當(dāng)電路設(shè)計原邊電感較大，工作于連續(xù)模式(CCM)時，使得負(fù)載變化引起的電流信號(峰值電感電流)波形斜率比較平(變化率小)，影響輸出電壓負(fù)載調(diào)整率;而電路工作于不連續(xù)模式(DCM)時，又影響效率。

　　所以經(jīng)過反復(fù)試驗，電路設(shè)計原邊電感適中(變壓器初級匝數(shù)調(diào)整為6匝)，電路工作于臨界連續(xù)模式，結(jié)果對輸出電壓負(fù)載調(diào)整率有一定改善。

　　電壓采樣信號

　　試驗中還發(fā)現(xiàn)，減小電壓取樣繞組的輸出阻抗等效于對電壓采樣信號有一定的放大效果，可以一定程度地改善輸出電壓負(fù)載調(diào)整率，如圖9所示。

　　圖9 減小電壓取樣繞組的輸出阻抗可改善輸出電壓負(fù)載調(diào)整率

　　結(jié)論

　　根據(jù)本文的有關(guān)研究和討論，以及結(jié)合設(shè)計中遇到的實際問題的解決，所設(shè)計的單端反激熱備份均流開關(guān)電源性能比較好，各項輸出參數(shù)見表1。

　　表1

　　兩個并聯(lián)DC-DC變換器的均流結(jié)果見圖10。

　　圖10 兩個并聯(lián)DC-DC變換器的均流結(jié)果

　　從結(jié)果來看,由于DC/DC1的輸出阻抗小于DC/DC2的輸出阻抗，穩(wěn)態(tài)調(diào)整的結(jié)果DC/DC1的輸出電流始終大于DC/DC2 的輸出電流，輸出電流的不平衡度為12.78%左右。

　　可以通過串聯(lián)電阻調(diào)節(jié)DC/DC1的輸出阻抗,能進(jìn)一步降低不平衡度，但這樣一來輸出效率下降，二來導(dǎo)致輸出負(fù)載調(diào)整率增大。

　　從設(shè)計結(jié)果看，基本實現(xiàn)了熱備份DC/DC輸出，整體效率和各項指標(biāo)比較好地達(dá)到了設(shè)計要求。