理想情况下,初始上升电流速率将与负载所需的电流量成正比,但实际上这很难实现。 换向结束时每个绕组中达到的电流取决于漏电感和其他寄生参数。
尽管每个输出端的负载变化,良好的交叉调节需要保持对辅助输出电压的良好控制,以及控制主调节输出。 与效率相关的良好交叉调节的其他好处包括:
1、更接近 CCM 的工作状态导致输出电容器的 ESR 中的 rms 电流和功耗更低。
2、实现更低的栅极驱动损耗,因为为电源开关提供栅极驱动的电压轨在所有负载条件下都变得更加稳定。
此外,通过允许控制器在短路事件期间更容易地进入打嗝模式,限制传送到 VDD 辅助轨的初始能量可以提供更好的保护。
可以考虑各种绕组策略以实现可接受的交叉调节。 以下是一些通用的设计指南:
图1 绕组位置会影响漏磁
1、每个次级输出的负载范围必须是众所周知的。 辅助次级输出的最坏情况是当主输出满载时,其负载较轻。
2、负载范围最广的输出绕组(通常是稳压输出)应与初级耦合最好,这意味着它对初级的漏电感应最小。
3、应尽量减少所有次级绕组之间的漏磁。
4、最小化低电流辅助次级绕组到初级的漏电感不是一个好的策略。 初级的较大漏电感有助于通过增加它们的 CCM 负载范围和改善它们的交叉调节来限制在换向期间传递给这些绕组的能量(见图 1)。
5、漏感受线圈架上绕组位置的影响。 绕组叠层(W4 与图 6 中的 W3 相比)定义了每个次级绕组与初级绕组的接近程度。 为了更好地耦合,在骨架的整个宽度上展开绕组通常是一个很好的做法。
6、使用多股技术同时缠绕多个辅助次级通常可提供更好的交叉调节控制。
7、在 CCM 中操作主输出。 然后,该输出电压定义了整个周期内的磁化电压 (Vmag)。
8、 尝试在靠近 CCM 和 DCM 边界的地方操作次级辅助输出。 这可以确保为每个人提供足够的能量——但不会太多。 实现此目的的一种方法是在最小负载下添加一些串联阻抗和/或足够的负载电流。
9、 当次级绕组共用同一接地且极性相似时,AC 或DC 堆叠是改善交叉调节的另一种选择。 (见图 2)
图2 AC和DC堆叠
10、漏电感可能因一个生产单元而异。 对于可预测的交叉调节,需要指定和控制一些最大漏电感。 例如,主输出到初级,以及次级绕组之间。
其他参数可能会对交叉调节产生影响,包括:
• 初级钳位电压。更高的电压意味着更快的换向和更强的振铃效应。换向期间次级绕组之间共享的电流更多地取决于变压器寄生效应,并且不太倾向于跟随每个输出的负载水平。这意味着漏电感和寄生电容对达到的初始峰值电流的影响更大,因此负载变化导致的交叉调节更差。请注意,对于 RCD 钳位电路,当输入电流较高时,钳位电压通常会增加,当与较高的磁化能量结合使用时,可能会恶化交叉调节。
• 输出二极管的正向恢复。使用具有更快导通速度的二极管将导致更多的能量输送到其输出端,从而在轻负载时产生更高的输出电压。二极管寄生电容也对结果有一定影响。
• 同步整流器(如果在主输出上使用)在初级到次级的换向期间可能会关闭,电流会通过体二极管循环。这导致更多的能量传递到其他绕组,因为在换向期间反射电压更高。体二极管导通时也会损失能量。
• 在需要更严格的控制和负载范围有限的情况下,可以插入一个低值电阻器与二极管串联(在电容器之前)。使用电阻器是一种可接受的折衷方案,其电阻值足够高以限制换向期间传递到输出电容器的能量,而电阻值足够低以减轻其对直流电压下降和效率的影响。该解决方案通常用于控制器的 VDD 电压。
• 当所有其他方法都失败时,可能需要一个虚拟负载来限制轻负载绕组的最大电压。
交叉调整对短路的影响:
多输出反激式电源的短路保护提出了许多挑战。 当仅依赖初级电流限制时,反激电源的输出电流在短路期间会变得非常高。 通常选择用于主输出绕组的导线,以便在达到打嗝模式之前能够承受强过载。 但对于小电流辅助输出(见图 1中的 W3 和 W4),绕组线尺寸通常非常小。 当该输出出现强过载或短路时,特别是主输出轻载时,电源的大部分功率容量可用。 因此,尽管存在初级电流限制,但输出的绕组耗散可能会变得非常高,这可能会带来灾难性的后果。
某些电源依赖于在短路期间用于为控制器供电的电压轨的崩溃。 然而,这种技术缺乏准确性并且通常不可靠。 原因之一是由于漏电感和寄生电容,并非所有变压器能量都传递到短路输出。 一些能量仍然传递到为控制器供电的辅助输出,并且由于该轨道上的消耗通常很低,传递的能量可以足够高以保持控制器无限期地工作。
更好的方法是对每个输出进行短路检测。 例如,使用单个求和电流互感器是一种相对简单的解决方案。 请注意,在为控制器供电的辅助输出短路的特殊情况下,欠压锁定条件将简单地禁用控制器。