CN1417933A - 提高多路输出电源负载不平衡度的电路 - Google Patents

Abstract

提高多路输出电源负载不平衡度的电路，涉及开关电源领域，技术方案是：输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；变压器副边有两个并绕的绕组，将输出分为两个支路，即支路I和支路II；控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连，本发明从原理上减小负载不平衡度。

Description

提高多路输出电源负载不平衡度的电路

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及单路控制多路输出的二次电源领域。

背景技术

多路输出电源在多种场合都有应用，但如何保证每路输出电压精度都较高，或者负载不平衡度(LOAD CROSS-REGULATION)较高，有很多具体方案，概括起来可分为以下两类：1)对一路进行反馈控制，或对多路同时用一套反馈电路进行控制，然后再增大绕组耦合度。如美国专利5,930,124“Switching power supply”，就是通过对变压器绕组间串电容，可以极大增加绕组的耦合度。该方案的本质是在普通正激或反激电路的基础上增大绕组或电感间的耦合度，利用控制支路来控制非控支路，并没有从电路原理上减小负载不平衡度；2)对每路输出都进行单独反馈控制。这种方案精度可以做的非常高，即有几路输出就需要几套控制电路，如中国专利00101439“高稳压精度双路输出电源”，就是对第一路进行普通反馈控制，另一路利用磁饱和放大器进行控制；或者采用单套控制电路，但附加转换控制电路，用来在不同的支路间转换连接控制电路。如美国专利5,530,636“Automatic feedback system for a dual output power supply”，设计一种电压检测器，用来检测负载状况，控制转换电路连接反馈电路和支路的输出。该方案的的缺点是电路复杂，成本高、体积大。总之，上述所有方案在轻载或空载时，输出电感(或储能电感)都存在电流断续的问题，原因是因为当电流降为零后，由于无源控制的二极管的单向导电性，电流不能反向。上述的所有专利电路都是在基本正激或反激电路基础上进行的。

图1是单路控制的基本正激电源电路示意图：输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，第一电容C1的负极与输入电压负极相连。

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II。

支路I是这样构成的：绕组I与第二电感L2、第二电容C2、第一二极管VD1组成串联回路，第二二极管VD2与第二电感L2、第二电容C2组成的支路并联，第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与同时第一二极管VD1的正极、第二二极管VD1的正极相连。

支路II是这样构成的：绕组II与第三电感L2’、第三电容C2’、第三二极管VD1’组成串联回路，第四二极管VD2’与第三电感L2’、第三电容C2’组成的支路并联，第二电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极同时与第三二极管VD1’的正极、第四二极管VD2’的正极相连。第二电感L2与第三电感L2’是耦合绕制的。

控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

在支路I和支路II两路设计输出电压相等的情况下，当不控支路(支路II)负载很轻，该路输出电感L2′电流不连续时，输出电压VO1′等于电感两端电压V1加上续流电子开关VD2′两端电压V2，假设支路I和支路II的输出电感L2和L2′耦合度为1，电感两端电压V1应该和电感L2两端电压相等，而被控制支路(支路I)满载时电感L2电流连续，两端电压应该等于该路输出电压。这样，支路II输出电压比支路I输出电压多出了V2；当支路II负载和支路I负载都较重，电感L2′电流连续，输出电压VO1′等于电感两端电压V1；假设两路输出电感L2和L2′耦合度为1，应该和支路I电感两端电压相等，而支路I满载时电感L2电流连续，电感两端电压应该等于输出电压。以上分析可以看出，支路II当电感电流连续和不连续时，即使两路输出电感L2和L2′耦合度为1，输出电压在两种条件下仍然相差V2。

图2是单路控制的基本反激电源电路示意图：

输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，第一电容C1的负极与输入电压负极相连。

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II。

支路I是这样构成的：绕组I与第二电容C2、第一二极管VD1组成串联回路，VD1的正极与第二电容C2负极相连，第一电阻R1与第二电容C2并联。

支路II是这样构成的：绕组II与第三电容C2’、第二二极管VD1’组成串联回路，VD1’的正极与第三电容C2’负极相连，第二电阻R1’与第三电容C2’并联。

控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

假设支路I和支路II两路设计输出电压相等：当不控支路(支路II)负载很轻，储能电感(即变压器)电流不连续时，输出电压VO1′等于VD1′两端电压V2加上变压器副边输出电压V1，假设两路输出变压器绕组耦合度为1，V1应该和被控制支路(支路I)变压器副边两端电压相等，而支路I满载时电流连续，变压器副边两端电压应该等于该路输出电压，这样，支路II输出电压比支路I输出电压多出了V2；当支路II负载较重，储能电感电流连续时，输出电压VO1′等于变压器副边两端电压V1；假设两路输出变压器绕组耦合度为1，应该和支路I副边绕组两端电压相等，而支路I满载时储能电感电流连续，变压器副边两端电压应该等于输出电压。以上分析可以看出，支路II当储能电感电流连续和不连续时即使输出变压器副边耦合度为1，输出电压在两种条件下仍然相差V2。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是进一步提高多路输出电源负载不平衡度，而又不过分增加电路的复杂程度。采用单路控制，提出一种输出电感(或储能电感)电流不会断续，提高输出的负载不平衡度的方案。

本发明的一种技术方案是：

输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II。

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电感L2、第二电容C2、第一二极管VD1组成串联回路；

第二可控电子开关VT2与由第二电感L2、第二电容C2组成的串联支路并联，漏极与第二电感L2相连，栅极通过第二电阻R2接在与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端，即用于整流的单向导电的第一二极管VD1的负极；第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第一二极管VD1的正极、第二可控电子开关VT2的源极相连；

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电感L2’、第三电容C2’、第二二极管VD1’组成串联回路；

第三可控电子开关VT2’与由第三电感L2’、第三电容C2’组成的串联支路并联，漏极与第三电感L2’相连，栅极通过第四电阻R2’接与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端，即用于整流的单向导电的第二二极管VD1’的负极；第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第二二极管VD1’的正极、第三可控电子开关VT2’的源极相连；第二电感L2与第三电感L2’是耦合绕制的；控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

本发明的另一种技术方案是：

输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II；

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电容C2、第二可控电子开关VT2组成串联回路；

第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第二可控电子开关VT2的漏极相连；第二可控电子开关VT2的栅极通过第二电阻R2接在第二电容C2的正极，即输出正极。

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电容C2’、第三可控电子开关VT2’组成串联回路；

第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第三可控电子开关VT2’的漏极相连；第三可控电子开关VT2’的栅极通过第四电阻R2’接在第三电容C2’的正极，即输出正极。

控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

本发明与传统方案相比，将正激电路中无源控制的用于续流的单向导电电子开关去掉，取而代之的是有源控制的可以双向导电的电子开关，在任何负载条件下都不存在输出电感(或储能电感)电流不连续情况，从原理上减小负载不平衡度。

附图说明

图1是单路控制双路输出的基本正激电源电路。

图2是单路控制双路输出的基本反激电源电路。

图3是本发明技术方案一的电路图。

图4是本发明技术方案二的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，以下分析忽略了线路压降和电子开关导通压降。

图1、图2已在背景技术部分作了详细说明。

图3是本发明技术方案一的示意图。

输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II。

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电感L2、第二电容C2、第一二极管VD1组成串联回路；

第二可控电子开关VT2与由第二电感L2、第二电容C2组成的串联支路并联，漏极与第二电感L2相连，栅极通过第二电阻R2接在与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端，即用于整流的单向导电的第一二极管VD1的负极；第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第一二极管VD1的正极、第二可控电子开关VT2的源极相连；

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电感L2’、第三电容C2’、第二二极管VD1’组成串联回路；

第三可控电子开关VT2’与由第三电感L2’、第三电容C2’组成的串联支路并联，漏极与第三电感L2’相连，栅极通过第四电阻R2’接与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端啊，即用于整流的单向导电的第二二极管VD1’的负极；第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第二二极管VD1’的正极、第三可控电子开关VT2’的源极相连；第二电感L2与第三电感L2’是耦合绕制的；控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

该电路的工作过程如下：

当同名端电压为正时，为整流阶段。整流开关VD1、VD1′导通，不论两路输出负载有何差异，两路输出工作方式相同。

当同名端电压为负时，为续流阶段。续流电子开关VT2、VT2′导通，整流开关VD1、VD1′关断，由于续流电子开关VT2、VT2′的双向导电性，电流可以通过它们双向流动。所以即使支路II输出负载很轻，该路电感电流也是连续的，只不过方向改变了，不管怎样，支路II输出电压VO1′都等于其输出电感两端电压V1，假设电感耦合度为1，应该控制支路I输出电感两端电压相等，即等于支路I输出电压VO1。

图4是本发明技术方案二的电路图。

输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II；

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电容C2、第二可控电子开关VT2组成串联回路；

第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第二可控电子开关VT2的漏极相连；第二可控电子开关VT2的栅极通过第二电阻R2接在第二电容C2的正极，即输出正极。

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电容C2’、第三可控电子开关VT2’组成串联回路；

第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第三可控电子开关VT2’的漏极相连；第三可控电子开关VT2’的栅极通过第四电阻R2’接在第三电容C2’的正极，即输出正极。

控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

该电路的工作过程如下：

当同名端电压为正时，为储能阶段，整流开关VT2、VT2′不导通。

当同名端电压为负时，为整流阶段，整流开关VT2、VT2′导通，由于整流电子开关VT2、VT2′的双向导电性，电流可以通过它们双向流动，所以即使支路II输出负载很轻，储能电感电流也是连续的，只不过方向改变了，不管怎样，支路II输出电压VO1等于该路变压器副边两端电压V1，如果变压器副边绕组耦合度为1，应该和被控制支路变压器副边两端电压相等，即等于控制支路输出电压VO1。

本发明可广泛用于各类多路输出的开关电源中，尤其适用于小体积，低成本的多路输出电源。

Claims (2)

1、提高多路输出电源负载不平衡度的电路，其特征在于：输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II；

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电感L2、第二电容C2、第一二极管VD1组成串联回路；

第二可控电子开关VT2与由第二电感L2、第二电容C2组成的串联支路并联，漏极与第二电感L2相连，栅极通过第二电阻R2接在与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端，即用于整流的单向导电的第一二极管VD1的负极；第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第一二极管VD1的正极、第二可控电子开关VT2的源极相连；

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电感L2’、第三电容C2’、第二二极管VD1’组成串联回路；

第三可控电子开关VT2’与由第三电感L2’、第三电容C2’组成的串联支路并联，漏极与第三电感L2’相连，栅极通过第四电阻R2’接与第一电感相连的变压器原边一端的非同名端，即用于整流的单向导电的第二二极管VD1’的负极；第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第二二极管VD1’的正极、第三可控电子开关VT2’的源极相连；第二电感L2与第三电感L2’是耦合绕制的；控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

2、提高多路输出电源负载不平衡度的电路，其特征在于：输入电压正极与第一电感L1、变压器原边、MOSFET、输入电压负极组成串联回路，第一电容C1跨接在第一电感L1与变压器原边的连接点和输入电压负极之间，MOSFET的漏极与变压器串联，MOSFET源极与输入负联接，第一电容C1的负极与输入电压负极相连；

变压器副边有两个并绕的绕组，即绕组I和绕组II，将输出分为两个支路，即支路I和支路II；

支路I是这样构成的：

绕组I与第二电容C2、第二可控电子开关VT2组成串联回路；

第一电阻R1与第二电容C2并联；第二电容C2的负极与第二可控电子开关VT2的漏极相连；第二可控电子开关VT2的栅极通过第二电阻R2接在第二电容C2的正极，即输出正极；

支路II是这样构成的：

绕组II与第三电容C2’、第三可控电子开关VT2’组成串联回路；

第三电阻R1’与第三电容C2’并联；第三电容C2’的负极与第三可控电子开关VT2’的漏极相连；第三可控电子开关VT2’的栅极通过第四电阻R2’接在第三电容C2’的正极，即输出正极；

控制电路的输入取自支路I的输出电压正、负极，控制电路产生的驱动脉冲，作为变压器原边MOSFET的驱动信号与MOSFET的栅极相连。

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