專利名稱：可調(diào)壓多路輸出電源及其調(diào)節(jié)輸出電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)壓多路輸出電源及其調(diào)節(jié)輸出電壓的方法。
背景技術(shù)：
目前，在業(yè)界應(yīng)用的多路(即兩路或兩路以上)輸出電源中，由于變壓器匝數(shù)的取整、輸出整流二極管管壓降的不同、變壓器各繞組繞線工藝和對(duì)氣隙的位置不同等影響，其輸出電壓可能比實(shí)際設(shè)計(jì)的額定值偏高或偏低。特別是變壓器匝數(shù)取整(對(duì)于少數(shù)特殊應(yīng)用的變壓器可能可以取半匝，但取半匝的變壓器對(duì)磁芯的氣隙模式、繞組的分布、或繞組引出線方式就有特殊要求，這樣會(huì)增加變壓器的繞制成本。)，變壓器的各輸出繞組具體匝數(shù)一般都進(jìn)行一個(gè)四舍五入的取整，且各繞組取整的入與舍是不一致的，各輔路繞組取整的電壓匝數(shù)比與主路的取整的電壓匝數(shù)比是不一致的，這樣各繞組在設(shè)計(jì)中的輸出電壓就會(huì)與各路額定的電壓有差異，有偏高的也有偏低的，這樣對(duì)各路輸出的穩(wěn)壓精度要求就大為提高，一般情況下變壓器副邊每匝對(duì)應(yīng)的電壓可能是零點(diǎn)幾伏到幾伏不等，相同條件下，功率越大對(duì)應(yīng)各繞組的匝數(shù)就越少，每匝對(duì)應(yīng)的電壓就越高，目前業(yè)界中小功率多路輸出電源上，在考慮綜合性價(jià)比前提下，一般變壓器副邊每匝對(duì)應(yīng)的電壓可能是0.5V到2V伏左右，這樣，對(duì)于目前器件對(duì)電源的電壓精度要求越來(lái)越高，而工作電流相對(duì)越來(lái)越穩(wěn)定的應(yīng)用環(huán)境下，這種情況是十分不利的。例如在一個(gè)輔助電源中對(duì)于非主路的通訊用的輸出路一般要求電源為5V±0.5V，如果這路輸出實(shí)際輸出電壓能在5V±0.1V范圍內(nèi)，在主路負(fù)載和其它輔路負(fù)載變化不大的范圍內(nèi)都能滿足的，但如果因變壓器匝數(shù)的四舍五入，就可能導(dǎo)致此路輸出實(shí)際額定值超出5V±0.1V范圍，甚至可能超出5V±0.5V范圍，這樣輸出電壓精度就可能無(wú)法滿足要求，甚至輸出電壓會(huì)直接就超出器件電源電壓工作范圍。這種情況對(duì)于多路輸出電源或多路輸出輔助電源設(shè)計(jì)中是必然是會(huì)遇到的，為能滿足穩(wěn)壓精度的要求，業(yè)界最常用的方法是采用提高相應(yīng)輸出路的輸出電壓，然后再進(jìn)行一次二次穩(wěn)壓，常用的二次穩(wěn)壓技術(shù)是采用LM780X等系列的三端穩(wěn)壓塊的穩(wěn)壓技術(shù)(如圖1所示)或三極管調(diào)壓技術(shù)(或類似調(diào)壓技術(shù)，如圖2所示)。
對(duì)上述電路進(jìn)行分析我們可以知道，采用三端穩(wěn)壓塊進(jìn)行穩(wěn)壓，目前考慮綜合性價(jià)比，目前應(yīng)用穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓壓降一般為1.25V以上，加上輸出電壓最小波動(dòng)下限，我們?cè)O(shè)計(jì)的最小穩(wěn)壓壓降應(yīng)大于1.8V以上，如果輸出電流為200mA，正常工作時(shí)穩(wěn)壓塊功耗為0.9W，對(duì)于DPAK封裝的低壓差三端穩(wěn)壓塊就必須加一定散熱器進(jìn)行散熱。而采用三極管調(diào)壓技術(shù)雖然穩(wěn)壓壓降可以降低，但要增加基準(zhǔn)源和反饋取樣電阻等，這要增加成本和PCB面積等，且為保證輸出電壓下限能穩(wěn)定工作，穩(wěn)壓壓降也要大于1V以上，所以依然存在較大功耗。綜上所述，對(duì)于這種對(duì)穩(wěn)壓精度范圍較寬的輸出路，應(yīng)用二次穩(wěn)壓技術(shù)雖然使實(shí)際的穩(wěn)壓精度提高，但必然帶來(lái)如下問(wèn)題1、本路輸出成本大幅提高，性價(jià)比極差；2、二次穩(wěn)壓帶來(lái)的必然損耗，電源效率減??；3、二次穩(wěn)壓的熱損耗需要散熱器或其它形式的散熱面積進(jìn)行散熱，同時(shí)這些損耗的熱量必然使其周圍器件的熱應(yīng)力增加，可靠性降低；4、二次穩(wěn)壓電路會(huì)增加電源的體積和PCB面積，對(duì)于目前電源小型化十分不利；5、變壓器匝數(shù)增加，繞制工藝難度和成本均會(huì)增加。
6、無(wú)法對(duì)輸出電壓偏低的輸出回路進(jìn)行電壓補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種可調(diào)壓多路輸出電源，將輸出電壓偏高的輸出回路的電壓調(diào)低，使多路輸出電源的輔路輸出電壓更接近額定值。
本發(fā)明的另一目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，將輸出電壓偏高的輸出回路的電壓調(diào)低，使多路輸出電源的輔路輸出電壓更接近額定值。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)壓多路輸出電源，包括順次相連的輸入電路、變壓器和輸出電路，所述輸出電路包括主路輸出和至少一路輔路輸出，所述輔路輸出包括順次相連的輔路輸出變壓器繞組、整流單元和濾波單元，并且在輸出電壓高于額定電壓的一路或一路以上輔路輸出的變壓器繞組與濾波單元之間連接有能量遲滯單元。
所述能量遲滯單元可以為電感或電感與電容、電感與電阻、電感與電容、電阻通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)組成的各種組合單元，或者為電容或電容與電阻通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)組成的各種組合單元。
其中所述電感的電感量與該輔路輸出的變壓器繞組的匝數(shù)的平方成正比、與變壓器原邊匝數(shù)的平方成反比、與變壓器原邊電感量成正比、與該輔路輸出的實(shí)際輸出電壓和額定電壓之差成正比、與該輔路輸出的實(shí)際輸出電壓成反比。
所述能量遲滯單元可以連接在輔路輸出變壓器繞組和整流單元之間，也可以連接在整流單元和濾波單元之間。
其中，所述多路輸出電源從其電路拓?fù)鋪?lái)講，可以為反激型、正激型、推挽型、半橋型或全橋型；從其調(diào)制方式來(lái)講可以為脈寬調(diào)制型、調(diào)幅型或調(diào)頻型。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還公開(kāi)了一種調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，適用于包括順序相連的輸入電路、變壓器和輸出電路的多路輸出電源，其中輸出電路包括主路輸出和至少一路輔路輸出，所述輔路輸出包括順次相連的輔路輸出變壓器繞組、整流單元和濾波單元，該調(diào)壓方法包括如下步驟在輸出電壓高于額定電壓的一路或一路以上輔路輸出的變壓器繞組和濾波單元之間設(shè)置用于減少本路輸出能量的能量遲滯單元，以降低本路輸出電壓。
其中，當(dāng)所述多路輸出電源為帶有反饋的正激、推挽、半橋或全橋電路拓?fù)?，所述能量遲滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到主路輸出，通過(guò)反饋環(huán)路的作用使本周期內(nèi)變壓器的貯能減少；通過(guò)一個(gè)周期或多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，直到能量遲滯單元減小的能量與變壓器減少的能量相等時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，所有輸出路保持穩(wěn)定；或者當(dāng)所述多路輸出電源為帶有反饋的反激型電路拓?fù)?，所述能量遲滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到主路輸出與其他輔路輸出，使其他輔路輸出的輸出電壓得到補(bǔ)償、本周期內(nèi)變壓器的貯能減少，通過(guò)一個(gè)周期或多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，所有輸出路保持穩(wěn)定；或者當(dāng)所述多路輸出電源為沒(méi)有反饋或是固定占空比或是固定頻率或是固定振幅的多路輸出電源電路拓?fù)?，所述能量遲滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到其它各路輸出，使其它路輸出電壓得到補(bǔ)償。
本發(fā)明的有益效果是本方案采用一種新型調(diào)壓技術(shù)進(jìn)行調(diào)壓，輔路輸出的變壓器繞組與濾波單元之間連接能量遲滯單元，通過(guò)減小本路輸出的能量來(lái)減小本路輸出電壓，達(dá)到調(diào)壓目的。對(duì)于單端反激型多路輸出電源或固定占空比的多路輸出電源，同時(shí)將本路減小的能量補(bǔ)充到其它輸出電壓偏低的輸出路，進(jìn)一步改善各路輸出電壓，達(dá)到多減少補(bǔ)的調(diào)壓目的，使多路輸出電源的輔路輸出電壓更接近額定值。除達(dá)到調(diào)壓目的外，相對(duì)于傳統(tǒng)調(diào)壓技術(shù)，本發(fā)明的這種新型調(diào)壓技術(shù)還具有下面顯著的優(yōu)點(diǎn)1、這種新型穩(wěn)壓技術(shù)調(diào)壓不會(huì)帶來(lái)?yè)p耗，有利于電源效率的提高，同時(shí)可靠性也得到提高；
2、對(duì)輸出偏高路進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)能對(duì)輸出電壓偏低的輸出回路進(jìn)行直接補(bǔ)償，對(duì)整個(gè)電源能起到的節(jié)能效果。
3、調(diào)壓成本極低，性價(jià)比極高；4、可以改善相關(guān)輸出路的電磁兼容特性；5、所用的電感可優(yōu)選磁珠，磁珠一般為表面貼(0603、0805、1206等)封裝，占體積和PCB面積極小，有利于電源小型化；6、不用更改變壓器，或可以減小變壓器繞組成匝數(shù)，變壓器繞制成本變小。
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用三端穩(wěn)壓塊調(diào)壓的多路輸出電源的電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用三極管調(diào)壓的多路輸出電源的電路圖；圖3是本發(fā)明的原理方框圖；圖4是本發(fā)明的一種單端反激型多路輸出電源的電路圖；圖5是圖4未加入調(diào)壓電感的電路圖和電壓波形圖；圖6是圖4加入調(diào)壓電感的電路圖和電壓波形圖；圖7、8是本發(fā)明單端反激型多路輸出電源的另兩種拓樸圖；圖9是本發(fā)明的能量遲滯單元采用另一種貯能元件電容時(shí)的電路拓樸圖；圖10、11是本發(fā)明的能量遲滯單元采用電感和電容組合形式的其中兩種電路拓樸圖；圖12是本發(fā)明的一種正激型多路輸出電源的電路圖；圖13是本發(fā)明的一種橋式多路輸出電源的電路圖；圖14是本發(fā)明的一種不帶反饋的或固定占空比的多路輸出電源的電路圖。
具體實(shí)施方式如圖3所示是本發(fā)明的原理方框圖，多路輸出電源包括順次相連的輸入電路1、變壓器2和輸出電路，輸出電路包括主路輸出3、一個(gè)或一個(gè)以上個(gè)輔路輸出4，主路輸出從主路輸出變壓器繞組開(kāi)始，依次為整流、濾波單元，每個(gè)輔路輸出也從各自的輔路輸出變壓器繞組41開(kāi)始，依次為整流單元43、濾波單元44，在輔路輸出變壓器繞組41與濾波單元44之間連接有能量遲滯單元42。本發(fā)明的具體工作原理如下當(dāng)一個(gè)多路輸出電源的輸入輸出條件及開(kāi)關(guān)頻率、電路拓樸確定后，變壓器的材質(zhì)、氣隙、各繞組的匝數(shù)便可以計(jì)算確定下來(lái)，各繞組的漏感大小也基本確定了，每個(gè)繞組的額定輸出電壓和額定輸出電流是給定的，當(dāng)變壓器原邊與副邊繞組匝數(shù)確定后，變壓器每個(gè)副邊繞組的輸出電壓也確定了。對(duì)應(yīng)于某個(gè)具體繞組輸出，其輸出電壓平均值就是對(duì)應(yīng)變壓器繞組輸出電壓脈動(dòng)值減去二極管正向?qū)▔航岛筮M(jìn)行平均。當(dāng)某個(gè)輸出繞組加了能量遲滯電路后，由于能量遲滯單元中含有電感或電容等貯能元件，輸出脈動(dòng)電壓或電流經(jīng)過(guò)能量遲滯單元后變化率必然進(jìn)一步變緩，能量遲滯單元中的貯能元件必然會(huì)對(duì)變壓器輸出的脈動(dòng)電壓或電流進(jìn)行分壓或分流，導(dǎo)致變壓器輸出的脈動(dòng)電壓或電流分到輸出端的份量減少，這樣，輸出能量也就變少，輸出電壓和輸出電流也相應(yīng)減小，達(dá)到調(diào)壓的目的。
能量遲滯單元可以是電感、電容、電感與電容組合、電感與電阻組合、電容與電阻組合、電感電容電阻組合等。電路拓樸可以是反激型、正激型、半橋電路、推挽電路、全橋電路等各種有變壓器的多路輸出電源，可以對(duì)一路進(jìn)行調(diào)壓，也可以對(duì)多路輸出同時(shí)進(jìn)行調(diào)壓。整流單元可以是整流二極管，濾波單元可以是濾波電容。
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的多種實(shí)施方式。
具體實(shí)施例一、公知技術(shù)中，任何拓樸的電源電路在變壓器輸出繞組后一般直接接二極管整流和濾波電路，特別是單端反激型的拓樸，其帶反饋的輸出路(為方便起見(jiàn)，簡(jiǎn)稱之為主路，以下同。)輸出在濾波電容整流二極管手濾波電容前加一小電感會(huì)引起輸出不穩(wěn)定，其它輸出路加電感也會(huì)引起輸出較大變化，所以業(yè)界在單端反激型拓樸的電源輸出電路中濾波前是不能加輸出電感的，但從另一方面講，變壓器各繞組必然存在漏感，如果適當(dāng)改變某路輸出繞組的漏感，對(duì)輸出穩(wěn)定性影響應(yīng)是不大的；在變壓器里改變其中某一路的漏感比較困難的，但可以在變壓器外加一極小電感受來(lái)替代變壓器漏感。經(jīng)過(guò)對(duì)單端反激型多路輸出電源的多年分析研究發(fā)現(xiàn)，在單端反激型多路輸出電源中，如果在主反饋輸出回路中在二極管前加入一很小的電感或在輸出整流二極管后輸出濾波電容前加一很小電感都會(huì)引起輸出大幅度的變化，引起所在輸出不穩(wěn)定，但是，在多路輸出電源中，主反饋輸出回路輸出一般是很穩(wěn)定的，需要處理的是其它非主反饋輸出路，但在非主反饋輸出回路二極管前加一小電感對(duì)所有輸出回路的電壓是有影響的，但這種影響是有一定規(guī)律的，所以可以利用這種有規(guī)律的變化，變不利為有利，達(dá)到對(duì)非主反饋回路電壓進(jìn)行控制的目的。
下面以一個(gè)具體的實(shí)例分析，來(lái)了解這種新型無(wú)損耗調(diào)壓技術(shù)。如圖4所示為應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)三路輸出的單端反激型多路輸出電源，其中Vo1為有反饋的主路輸出，其電壓是穩(wěn)定的，而Vo2、Vo3路為不帶反饋的輔路輸出回路，由于變壓器匝數(shù)計(jì)算存在的取整因素、輸出整流二極管型號(hào)不同或電流大小不一致引起的二極管管壓降的不同、變壓器各繞組繞線工藝和對(duì)氣隙的位置不同、各輸出回路和線路壓降不同等因素的影響，必然會(huì)使各輔路輸出電壓與實(shí)際需要設(shè)計(jì)的輸出電壓有差距，有的會(huì)偏高，有的會(huì)偏低。為方便說(shuō)明，假設(shè)Vo2輸出電壓偏高，Vo3輸出電壓偏低。在輸出電壓偏高的輔路輸出中，在輔路輸出繞組41的第一端Ta和濾波電容C2的正極之間串聯(lián)一調(diào)壓電感L2，圖4中所示為在輔路輸出繞組41的第一端Ta和整流二極管D2之間串聯(lián)一調(diào)壓電感L2，根據(jù)上述原理，用于將該輔路輸出的電壓調(diào)低，使其更接近額定電壓。
對(duì)于插入的調(diào)壓電感的電感量可通過(guò)計(jì)算公式進(jìn)行量化計(jì)算，下面以圖4為例，說(shuō)明調(diào)壓電感的電感量的計(jì)算為便于分析，進(jìn)行如下合理假設(shè)電路圖中的器件均為理想器件，Q1開(kāi)關(guān)周期為T，導(dǎo)通占空比為D，變壓器原邊額定輸入電壓為VinDC，原邊電感量為L(zhǎng)p(為方便說(shuō)明，暫且忽略變壓器各繞組的漏感)，原邊匝數(shù)為Np，副邊Vo2繞組的電感量為L(zhǎng)s2，匝數(shù)為Ns2。所希望的Vo2繞組的額定輸出電壓為Vo2，在未加入調(diào)壓電感前，Vo2繞組的實(shí)際輸出電壓為Vo2’，其中Vo2’＞Vo2，圖5是未加入調(diào)壓電感的電路圖和電壓波形圖，圖6是加入調(diào)壓電感的電路圖和電壓波形圖，根據(jù)單端反激型電路工作原理和圖5波形圖，可得出直接成分存在如下等式(ULs2-Vo2′)(1-D)T＝Vo2′×D×T可以得到Vo2′＝ULs2(1-D)①由圖6可以得到下面公式(只考慮直流成分)(ULs2-UL2-Vo2)(1-D)T＝Vo2×D×TUL2=L2IL2(1-D)T]]>ULs2=-Ls2ILs2(1-D)T]]>IL2＝ILs2
可以得到Vo2=(ULs2-UL2)(1-D)=ULs2(1-L2Ls2)(1-D)]]>②將①式代入②式，可得Vo2=(1-L2Ls2)Vo2′]]>③將③式轉(zhuǎn)換一下L2=(1-Vo2Vo2′)Ls2=(1-Vo2Vo2′)Lp×Ns22Np2]]>④在④式中，Vo2、Vo2’為已知量，原邊電感量Lp、原邊匝數(shù)Np和Vo2繞組匝數(shù)Ns2在變壓器計(jì)算中已有，所以就可以算出L2的電感量了。L2的電流與本路輸出回路電流一樣，可以計(jì)算出，并根據(jù)實(shí)際電路的情況，將L2電感量在計(jì)算值附近調(diào)整，調(diào)整到最合適的狀態(tài)，這樣L2電感就可以選定了，一般情況下這個(gè)電感量很小，可以用磁珠、空心電感、工字電感、小磁環(huán)、棒狀電感等各種形式電感或小變壓器，特別是在小電流幾安培及以下的輸出回路中，用小磁珠的成本極低、占PCB面積極小等，具有非常明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
從上面分析計(jì)算我們可以明白這種技術(shù)的工作原理，利用同樣的方法，我們可以計(jì)算出其它拓樸形式的電路所需下調(diào)電壓差與插入電感的電感量大小間的關(guān)系式。
具體實(shí)施例二、與具體實(shí)施例一不同的是調(diào)壓電感連接的位置不同，如圖7、8所示，圖7中，調(diào)壓電感Lo(在圖4中為L(zhǎng)2)串聯(lián)在在輔路輸出繞組41的第二端Tb和濾波電容C2的負(fù)極之間，在圖8中，調(diào)壓電感Lo串聯(lián)在整流二極管D2的負(fù)極和濾波電容C2的正極之間。
具體實(shí)施例三、如圖9所示，與具體實(shí)施例一、二不同的是能量遲滯單元為調(diào)壓電容Co，調(diào)壓電容Co并聯(lián)在輔路輸出變壓器繞組41的兩個(gè)輸出端。
具體實(shí)施例四、能量遲滯單元42還可以為一個(gè)或兩個(gè)電感和電容通過(guò)串并聯(lián)的組合單元，如圖10、11所示是采用電感和電容組合形式中的其中兩種電路拓樸圖，該能量遲滯單元42連接在在輔路輸出繞組41和整流單元43之間。其余組合就不一一列出。
具體實(shí)施例五、如圖12所示，與上述實(shí)施例不同的是，多路輸出電源的電路拓?fù)錇檎ば?，能量遲滯單元42連接在在輔路輸出繞組41和濾波單元44之間。
具體實(shí)施例六、如圖13所示，多路輸出電源的電路拓?fù)錇闃蚴诫娐?，能量遲滯單元42連接在在輔路輸出繞組41和濾波單元44之間。其它貯能電路形式和其它電路拓樸圖間的各種組合電路拓樸圖就不一一列出。
具體實(shí)施例七、多路輸出電源為不帶反饋的或固定占空比的調(diào)壓電路，如圖14所示為反激型電路拓樸，能量遲滯單元42連接在在輔路輸出繞組41和濾波單元44之間。同樣這種調(diào)壓方案也可以用于不帶反饋的或固定占空比的其它類型拓樸(如正激、推挽、半橋、全橋等拓樸)的電路上。
多路輸出電源可以為脈寬調(diào)制型、調(diào)幅型或調(diào)頻型。
對(duì)于單端反激型多路輸出電源或固定占空比的多路輸出電源，本發(fā)明除了對(duì)輸出偏高的輔路輸出進(jìn)行調(diào)低電壓外，還同時(shí)將本路減小的能量補(bǔ)充到其它輸出電壓偏低的輸出路，進(jìn)一步改善各路輸出電壓，達(dá)到多減少補(bǔ)的調(diào)壓目的。
下面以圖4為例對(duì)Vo3路電壓補(bǔ)償原理進(jìn)行分析。我們知道，多路輸出電源是共變壓器的，對(duì)于單端反激型電源拓樸，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比與上一周期變壓器貯能的多少有直接關(guān)系，當(dāng)本周期占空比確定時(shí)，在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，副邊各繞組向外提供能量，由于Vo2繞組外加電感的存貯作用，Vo2繞組耗能減小，減小的這部分能量必然被其余幾個(gè)繞組消耗，這樣，其余幾個(gè)繞組所得能量就會(huì)得到補(bǔ)償，它們的輸出電壓就會(huì)略微上升，這樣就對(duì)電壓偏低的繞組起到補(bǔ)償作用。當(dāng)然，對(duì)于不同拓樸形式、不同控制形式、不同反饋類型等的電路，這種補(bǔ)償作用和效果也不盡相同。下面將分別進(jìn)行討論1、對(duì)于不帶反饋的或是固定占空比(這是對(duì)于脈寬調(diào)制型電路而言，對(duì)于調(diào)幅或調(diào)頻類型的電源，則是固定開(kāi)關(guān)管脈沖的幅值或開(kāi)關(guān)頻率來(lái)完成。)的多路電源輸出(無(wú)論是何種形式的拓樸反激、正激、推挽、半橋、全橋等)，當(dāng)某一路或多路輸出采用這種無(wú)損調(diào)壓技術(shù)后，調(diào)壓路輸出所減小的能量必然通過(guò)變壓器補(bǔ)償?shù)狡渌份敵錾?，其它路所得到補(bǔ)償?shù)哪芰看笮〖茨芰糠峙湓瓌t與本路輸出的變壓器繞組匝數(shù)、變壓器各繞組繞線工藝、輸出負(fù)載大小等因素相關(guān)。調(diào)壓路輸出所減小的能量越多，由于電源是無(wú)反饋控制的或占空比固定模式，每周期變壓器存貯的能量是固定的，故其它路輸出所得到的補(bǔ)償能量也越多，這樣變壓器每周期貯能與放出的能量才能保持平衡，這樣其它路輸出電壓就會(huì)得到提高。
2、對(duì)于有反饋的多路輸出電源，由于占空比受帶反饋路輸出的影響，當(dāng)一路或多路輸出采用這種無(wú)損調(diào)壓方法進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，其它路及帶反饋的輸出路(即主路)的輸出就會(huì)得到更多能量，當(dāng)各路輸出負(fù)載不變情況下，輸出電壓會(huì)得到提高，主路輸出電壓同時(shí)得到提高，由于環(huán)路的負(fù)反饋特性，主路輸出電壓提高必然通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比使變壓器貯能的減少，以保持主路輸出電壓的穩(wěn)定，這種調(diào)節(jié)存在兩種結(jié)果第一對(duì)于正激、推挽、半橋、全橋等實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)型的電路拓樸，變壓器向各路輸出供能發(fā)生在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，此時(shí)由于調(diào)壓路輸出外送能量的減少引起主路輸出電壓有上升趨勢(shì)時(shí)，通過(guò)環(huán)路負(fù)反饋的作用就能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)占空比的變化(對(duì)于脈寬調(diào)制型電路而言，是調(diào)節(jié)占空比，對(duì)于調(diào)幅或調(diào)頻類型的電源，由則是通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管脈沖的幅值或開(kāi)關(guān)頻率來(lái)完成。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們均以脈寬調(diào)制型為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。以下同。)，來(lái)確保主路輸出電壓的穩(wěn)定。這樣，當(dāng)所調(diào)壓路減少的能量有部分補(bǔ)償?shù)街髀窌r(shí)，通過(guò)主路的負(fù)反饋?zhàn)饔谜伎毡葧?huì)減小，開(kāi)關(guān)管會(huì)導(dǎo)通時(shí)間就變短，本周期內(nèi)變壓器的貯能就相應(yīng)減少，通過(guò)一個(gè)周期或多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，直到所調(diào)壓路減小的能量與變壓器因占空比減小而減少的能量相等時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，所有輸出路保持穩(wěn)定。這種情況下，由于輸出因無(wú)損調(diào)壓而減少的輸出能量損耗直接體現(xiàn)到原邊輸入能量的減少上，即因調(diào)壓減少的能量直接反映到整個(gè)電源耗能的減少上，兩者在理想情況下是相等的，這樣，就達(dá)到一種節(jié)能的效果。
第二對(duì)于反激型及其它非實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)型的電路拓樸，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，變壓器貯能，各路輸出因輸出整流二極管反偏，靠輸出電容在上一周期存貯的能量維持輸出，然后開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，輸出整流二極管正向?qū)ǎ儔浩髻A能開(kāi)始釋放，這時(shí)調(diào)壓路輸出因能量遲滯電路的存在輸出能量減少，其它非調(diào)壓路輸出的能量增加，它們輸出電壓也較原來(lái)(未采用無(wú)損調(diào)壓技術(shù)情況下)高，主路輸出電壓也提高，但由于此時(shí)開(kāi)關(guān)管為斷開(kāi)狀態(tài)，反饋無(wú)法即時(shí)調(diào)節(jié)占空比，各路輸出電壓較沒(méi)有采用調(diào)壓技術(shù)時(shí)的更高些，各非調(diào)壓路輸出負(fù)載直接消耗掉能量也更多了，由于電容電壓被充得更高而貯存到輸出電容里的能量也增加了，直到下一周期開(kāi)關(guān)管重新開(kāi)通，這時(shí)主路輸出電容被補(bǔ)償而增加的能量有一部分就可以體現(xiàn)到占空比調(diào)節(jié)上了，另一部分補(bǔ)償?shù)哪芰勘回?fù)載直接消耗掉了，無(wú)法體現(xiàn)在占空比上，而是體現(xiàn)在輸出電壓平均值的升高上，下一周期，因占空比的減小，補(bǔ)償?shù)哪芰恳矔?huì)相應(yīng)地減少，主路輸出電容被補(bǔ)償?shù)哪芰恳蚕鄳?yīng)變少，對(duì)占空比的調(diào)節(jié)作用也隨之變小，這樣，經(jīng)過(guò)多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，最后會(huì)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。因此，調(diào)壓路輸出減少的能量一部分體現(xiàn)上其它非調(diào)壓輸出路輸出電壓升高上，另一部分通過(guò)主路調(diào)節(jié)占空比減小而體現(xiàn)在電源總體耗能的減少上。所以，對(duì)于反激型拓樸，這種無(wú)損調(diào)壓技術(shù)一方面可以對(duì)其它非調(diào)壓路輸出進(jìn)行補(bǔ)償，另一方面可以減少電源總體的耗能，達(dá)到節(jié)能效果。下面以一個(gè)五路輸出的單端反激型電源進(jìn)行仿真驗(yàn)證變壓器的電感系數(shù)為50，原邊匝數(shù)為20，變壓器副邊各繞組匝數(shù)比為Vo1∶Vo2∶Vo3∶Vo4∶Vo5＝6∶6∶4∶5∶7，其中Vo1路為帶反饋的主路輸出，Vo2帶100歐死負(fù)載，Vo3帶500歐死負(fù)載，Vo4帶500歐死負(fù)載，Vo5帶500歐死負(fù)載，假設(shè)Vo2路輸出電壓偏高，要在Vo2路輸出中加入調(diào)壓電路，表1顯示的是各路輸出電壓在未加調(diào)壓電路和加了不同調(diào)壓電感后的各路輸出電壓表1
從表1可知，當(dāng)Vo2輸出路加入調(diào)壓電感后，本路輸出電壓下降，起到調(diào)壓作用，同時(shí)其余各路輸出電壓均得到補(bǔ)償，輸出電壓都有所增加，起到了補(bǔ)償作用，但電感再加大后，補(bǔ)償作用因主路對(duì)占空比的調(diào)節(jié)作用而無(wú)法得到進(jìn)一步補(bǔ)償。我們?cè)趯?shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用這種技術(shù)也驗(yàn)證了這種調(diào)壓和補(bǔ)償作用的可行性。
另一方面，由于所加電感量很小，對(duì)高頻電磁干擾有較強(qiáng)的抑制作用。可采用小磁珠或小磁環(huán)來(lái)替代，特別是小磁珠，成本低廉，占面積小，同時(shí)具有較好的高頻阻抗特性，對(duì)本路的電磁兼容特性起到極佳的改善。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)壓多路輸出電源，包括順次相連的輸入電路、變壓器和輸出電路，所述輸出電路包括主路輸出和至少一路輔路輸出，所述輔路輸出包括順次相連的輔路輸出變壓器繞組、整流單元和濾波單元，其特征在于在輸出電壓高于額定電壓的一路或一路以上輔路輸出的變壓器繞組與濾波單元之間連接有能量遲滯單元。
2.如權(quán)利要求1所述的多路輸出電源，其特征在于所述能量遲滯單元為電感或電感與電容、電感與電阻、電感與電容、電阻通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)組成的各種組合單元。
3.如權(quán)利要求2所述的多路輸出電源，其特征在于所述電感的電感量與該輔路輸出的變壓器繞組的匝數(shù)的平方成正比、與變壓器原邊匝數(shù)的平方成反比、與變壓器原邊電感量成正比、與該輔路輸出的實(shí)際輸出電壓和額定電壓之差成正比、與該輔路輸出的實(shí)際輸出電壓成反比。
4.如權(quán)利要求2所述的多路輸出電源，其特征在于所述電感為小磁珠或小磁環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的多路輸出電源，其特征在于所述能量遲滯單元為電容或電容與電阻通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)組成的組合單元。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的多路輸出電源，其特征在于所述能量遲滯單元連接在輔路輸出變壓器繞組和整流單元之間或連接在整流單元和濾波單元之間。
7.如權(quán)利要求6所述的多路輸出電源，其特征在于所述多路輸出電源的電路拓?fù)錇榉醇ば?、正激型、推挽型、半橋型或全橋型?br> 8.如權(quán)利要求6所述的多路輸出電源，其特征在于所述多路輸出電源為脈寬調(diào)制型、調(diào)幅型或調(diào)頻型。
9.一種調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，適用于包括順序相連的輸入電路、變壓器和輸出電路的多路輸出電源，其中輸出電路包括主路輸出和至少一路輔路輸出，所述輔路輸出包括順次相連的輔路輸出變壓器繞組、整流單元和濾波單元，其特征在于該調(diào)壓方法包括如下步驟在輸出電壓高于額定電壓的一路或一路以上輔路輸出的變壓器繞組和濾波單元之間設(shè)置用于減少本路輸出能量的能量遲滯單元，以降低本路輸出電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，其特征在于所述多路輸出電源為帶有反饋的正激、推挽、半橋或全橋電路拓?fù)洌瞿芰窟t滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到主路輸出，通過(guò)反饋環(huán)路的作用使本周期內(nèi)變壓器的貯能減少；通過(guò)一個(gè)周期或多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，直到能量遲滯單元減小的能量與變壓器減少的能量相等時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，所有輸出路保持穩(wěn)定。
11.如權(quán)利要求9所述的調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，其特征在于所述多路輸出電源為帶有反饋的反激型電路拓?fù)洌瞿芰窟t滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到主路輸出與其他輔路輸出，使其他輔路輸出的輸出電壓得到補(bǔ)償、從下一個(gè)周期起變壓器的貯能開(kāi)始減少，通過(guò)一個(gè)周期或多個(gè)周期的調(diào)節(jié)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，所有輸出路保持穩(wěn)定。
12.如權(quán)利要求9所述的調(diào)節(jié)多路輸出電源輸出電壓的方法，其特征在于所述多路輸出電源為沒(méi)有反饋或是固定占空比或是固定頻率或是固定振幅的多路輸出電源電路拓?fù)?，所述能量遲滯單元減少的能量經(jīng)變壓器傳遞到其它各路輸出，使其它路輸出電壓得到補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明涉及多路輸出電源，公開(kāi)了一種可調(diào)壓多路輸出電源，包括順次相連的輸入電路、變壓器和輸出電路，所述輸出電路包括主路輸出和至少一路輔路輸出，所述輔路輸出包括順次相連的輔路輸出變壓器繞組、整流單元和濾波單元，并且在輸出電壓偏高的一路或一路以上的輔路輸出的變壓器繞組與濾波單元之間連接有能量遲滯單元。本發(fā)明在輔路輸出的變壓器繞組與濾波單元之間連接能量遲滯單元，通過(guò)減小本路輸出的能量來(lái)減小本路輸出電壓，達(dá)到調(diào)壓目的。
文檔編號(hào)H02M7/06GK101034854SQ200610059290
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者吳連日 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)有限公司