理想情況下,初始上升電流速率將與負載所需的電流量成正比,但實際上這很難實現。 換向結束時每個繞組中達到的電流取決于漏電感和其他寄生參數。
盡管每個輸出端的負載變化,良好的交叉調節需要保持對輔助輸出電壓的良好控制,以及控制主調節輸出。 與效率相關的良好交叉調節的其他好處包括:
1、更接近 CCM 的工作狀態導致輸出電容器的 ESR 中的 rms 電流和功耗更低。
2、實現更低的柵極驅動損耗,因為為電源開關提供柵極驅動的電壓軌在所有負載條件下都變得更加穩定。
此外,通過允許控制器在短路事件期間更容易地進入打嗝模式,限制傳送到 VDD 輔助軌的初始能量可以提供更好的保護。
可以考慮各種繞組策略以實現可接受的交叉調節。 以下是一些通用的設計指南:
圖1 繞組位置會影響漏磁
1、每個次級輸出的負載范圍必須是眾所周知的。 輔助次級輸出的最壞情況是當主輸出滿載時,其負載較輕。
2、負載范圍最廣的輸出繞組(通常是穩壓輸出)應與初級耦合最好,這意味著它對初級的漏電感應最小。
3、應盡量減少所有次級繞組之間的漏磁。
4、最小化低電流輔助次級繞組到初級的漏電感不是一個好的策略。 初級的較大漏電感有助于通過增加它們的 CCM 負載范圍和改善它們的交叉調節來限制在換向期間傳遞給這些繞組的能量(見圖 1)。
5、漏感受線圈架上繞組位置的影響。 繞組疊層(W4 與圖 6 中的 W3 相比)定義了每個次級繞組與初級繞組的接近程度。 為了更好地耦合,在骨架的整個寬度上展開繞組通常是一個很好的做法。
6、使用多股技術同時纏繞多個輔助次級通常可提供更好的交叉調節控制。
7、在 CCM 中操作主輸出。 然后,該輸出電壓定義了整個周期內的磁化電壓 (Vmag)。
8、 嘗試在靠近 CCM 和 DCM 邊界的地方操作次級輔助輸出。 這可以確保為每個人提供足夠的能量——但不會太多。 實現此目的的一種方法是在最小負載下添加一些串聯阻抗和/或足夠的負載電流。
9、 當次級繞組共用同一接地且極性相似時,AC 或DC 堆疊是改善交叉調節的另一種選擇。 (見圖 2)
圖2 AC和DC堆疊
10、漏電感可能因一個生產單元而異。 對于可預測的交叉調節,需要指定和控制一些最大漏電感。 例如,主輸出到初級,以及次級繞組之間。
其他參數可能會對交叉調節產生影響,包括:
• 初級鉗位電壓。更高的電壓意味著更快的換向和更強的振鈴效應。換向期間次級繞組之間共享的電流更多地取決于變壓器寄生效應,并且不太傾向于跟隨每個輸出的負載水平。這意味著漏電感和寄生電容對達到的初始峰值電流的影響更大,因此負載變化導致的交叉調節更差。請注意,對于 RCD 鉗位電路,當輸入電流較高時,鉗位電壓通常會增加,當與較高的磁化能量結合使用時,可能會惡化交叉調節。
• 輸出二極管的正向恢復。使用具有更快導通速度的二極管將導致更多的能量輸送到其輸出端,從而在輕負載時產生更高的輸出電壓。二極管寄生電容也對結果有一定影響。
• 同步整流器(如果在主輸出上使用)在初級到次級的換向期間可能會關閉,電流會通過體二極管循環。這導致更多的能量傳遞到其他繞組,因為在換向期間反射電壓更高。體二極管導通時也會損失能量。
• 在需要更嚴格的控制和負載范圍有限的情況下,可以插入一個低值電阻器與二極管串聯(在電容器之前)。使用電阻器是一種可接受的折衷方案,其電阻值足夠高以限制換向期間傳遞到輸出電容器的能量,而電阻值足夠低以減輕其對直流電壓下降和效率的影響。該解決方案通常用于控制器的 VDD 電壓。
• 當所有其他方法都失敗時,可能需要一個虛擬負載來限制輕負載繞組的最大電壓。
交叉調整對短路的影響:
多輸出反激式電源的短路保護提出了許多挑戰。 當僅依賴初級電流限制時,反激電源的輸出電流在短路期間會變得非常高。 通常選擇用于主輸出繞組的導線,以便在達到打嗝模式之前能夠承受強過載。 但對于小電流輔助輸出(見圖 1中的 W3 和 W4),繞組線尺寸通常非常小。 當該輸出出現強過載或短路時,特別是主輸出輕載時,電源的大部分功率容量可用。 因此,盡管存在初級電流限制,但輸出的繞組耗散可能會變得非常高,這可能會帶來災難性的后果。
某些電源依賴于在短路期間用于為控制器供電的電壓軌的崩潰。 然而,這種技術缺乏準確性并且通常不可靠。 原因之一是由于漏電感和寄生電容,并非所有變壓器能量都傳遞到短路輸出。 一些能量仍然傳遞到為控制器供電的輔助輸出,并且由于該軌道上的消耗通常很低,傳遞的能量可以足夠高以保持控制器無限期地工作。
更好的方法是對每個輸出進行短路檢測。 例如,使用單個求和電流互感器是一種相對簡單的解決方案。 請注意,在為控制器供電的輔助輸出短路的特殊情況下,欠壓鎖定條件將簡單地禁用控制器。