電源適配器反激變換器連續(xù)模式的基本工作原理

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電源適配器反激變換器連續(xù)模式的基本工作原理

電源適配器反激拓?fù)鋸V泛應(yīng)用于高電壓、小功率場(chǎng)合（電壓不于500功率小于15W）。當(dāng)直流輸入電壓較高（不小于160）、初級(jí)電流適當(dāng)時(shí)，該拓?fù)湟部梢杂迷谳敵龉β蔬_(dá)到150W的電源適配器中。輸出端可不接濾波電感的特性，使該拓?fù)湓诟邏狠敵鰣?chǎng)合具有很大的優(yōu)勢(shì)。面前面討論的正激變換器由于輸出濾波電感必須承受高壓而帶來(lái)了許多問(wèn)題。此外，電源適配器反激變換器不需要高壓續(xù)流二極管，使它在高電壓場(chǎng)合下應(yīng)用更有利。
補(bǔ)充：電源適配器反激變換器在高壓應(yīng)用場(chǎng)合還具有另一優(yōu)勢(shì)：相對(duì)于其他拓?fù)涠裕娫催m配器反激變換器利用較少的繞組匝數(shù)，就可獲得較高電壓。

24V2A電源適配器反激拓?fù)浞浅＿m用于多路輸出的變換器，由于不需要輸出電感，輸入電壓和負(fù)載變化時(shí)電源適配器反激變換器的各輸出端都能很好地跟隨調(diào)整，比前面討論的正激拓?fù)漕?lèi)型的變換器輸出調(diào)整率要好得多所以在輸出功率為50~150W，多路輸出（較多可大于10組隔離輸出）的變換器中常用電源適配器反激拓?fù)洹?br /> 雖然這種拓?fù)渲绷鬏斎腚妷嚎傻椭?V，但一般更常見(jiàn)于采用經(jīng)過(guò)115V交流電壓整流而得到的160V直流電壓作為輸入。只要變壓器匝比設(shè)計(jì)得當(dāng)，則這種拓?fù)渫瑫r(shí)應(yīng)用于由115V交流整流得到的160V和由220V交流整流得到的320V作為直流輸入的場(chǎng)合，從而無(wú)需采用圖所示的倍壓整流方案。
盡管倍壓整流方案被廣泛采用，卻存在一個(gè)問(wèn)題。若將電路從115V交流輸入切換到220V時(shí)，必須將圖中的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于電源適配器外部（這必然導(dǎo)致安全隱患），或者打開(kāi)電源適配器機(jī)殼進(jìn)行切換。這兩種方法都有缺陷，4。7節(jié)將介紹另一種不需要開(kāi)關(guān)切換的方案。兩種工作模式下的電路拓?fù)湎嗤鐖D4。1所示。決定電路工作模式的參數(shù)只是變壓器的勵(lì)磁電感和電路的輸出負(fù)載電流。勵(lì)磁電感給定后，若負(fù)載電流超出規(guī)定范圍，電路就會(huì)脫離原先設(shè)計(jì)的斷續(xù)工作模式而進(jìn)入連續(xù)模式。下面將對(duì)工作模式轉(zhuǎn)變的原理及其后果進(jìn)行詳細(xì)討論。

如圖所示，斷續(xù)模式的初級(jí)電流波形前端沒(méi)有階梯。而在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間，次級(jí)電流是衰減的三角波，且在下一周期開(kāi)始之前已衰減至零。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存于初級(jí)的所有能量，在下個(gè)周期開(kāi)始之前已完全由次級(jí)傳送至負(fù)載。
電源適配器連續(xù)模式如圖所示，初級(jí)電流有前沿階梯且從前沿開(kāi)始斜坡上升。在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間，次級(jí)電流為階梯上疊加衰減的三角波。當(dāng)開(kāi)關(guān)管在下個(gè)周期開(kāi)始導(dǎo)通瞬間，次級(jí)仍然維持有電流（等于階梯值）。很明顯，在下個(gè)周期開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)刻，變壓器儲(chǔ)存能量未完全釋放，仍有能量剩余。
兩種工作模式有完全不同的工作特性和應(yīng)用場(chǎng)合。傳遞函數(shù)中不含右半平面零點(diǎn)的斷續(xù)模式電路，其負(fù)載電流突變的瞬態(tài)響應(yīng)更快且引起的輸出電壓尖峰更低。
但快速的瞬態(tài)響應(yīng)帶來(lái)了一個(gè)間題，從圖可見(jiàn)，斷續(xù)模式下次級(jí)蜂值電流為連續(xù)模式下的2~3倍。次級(jí)電流波形的平均值即為直流負(fù)載電流，若設(shè)兩種模式下的關(guān)斷時(shí)間基本相等，且波形平均值相同，則斷續(xù)模式的三角波峰值會(huì)明顯比連續(xù)模式下的梯形波峰值高很多。

閉路電視攝像頭電源適配器斷續(xù)工作模式下的次級(jí)電流峰值大，將在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生較大的輸出電壓尖峰，從而需要較大的LC濾波器。另外，斷續(xù)工作模式下的開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間，較大的次級(jí)峰值電流會(huì)造成嚴(yán)重的RF問(wèn)題。即使輸出功率不是很大，關(guān)斷瞬間次級(jí)有較大電流尖峰流入，在輸出線(xiàn)電感產(chǎn)生較高的d／d，從而會(huì)在輸出地線(xiàn)上產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲。
補(bǔ)充：斷續(xù)工作模式主要的優(yōu)點(diǎn)是，次級(jí)整流二極管關(guān)斷時(shí)電流應(yīng)力很小，即在開(kāi)關(guān)管Q1下一次導(dǎo)通時(shí)刻之前，二極管已經(jīng)完全關(guān)斷。所以在此模式中就不會(huì)存在二極管反向恢復(fù)的問(wèn)題，而在高壓應(yīng)用場(chǎng)合中，這種優(yōu)勢(shì)更加明顯。二極管反向恢復(fù)帶來(lái)的電流尖峰很難去除，且會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的RFI問(wèn)題。
因?yàn)檩^差的波形系數(shù)，斷續(xù)模式下次級(jí)電流的有效值比連續(xù)模式下大得多。因此，斷續(xù)模式要求更大的導(dǎo)線(xiàn)尺寸和耐高紋波的輸出濾波電容。同時(shí)由于電源適配器次級(jí)有效值電流較大，斷續(xù)模式下的整流二極管的溫升也會(huì)更高。而且，斷續(xù)模式下的初級(jí)電流峰值也會(huì)大于連續(xù)模式。若輸出功率相同，則圖所示的三角波電流峰值一定比圖所示的梯形電流峰值高。而較大的初級(jí)電流峰值，就要求使用更大電流規(guī)格且可能更昂貴的開(kāi)關(guān)管。另外，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的初級(jí)電流越大就會(huì)導(dǎo)致越嚴(yán)重的RFI問(wèn)題。

雖然電源適配器斷續(xù)模式存在諸多缺點(diǎn)，但它比連續(xù)模式應(yīng)用更加廣泛。原因有兩個(gè)：第一，如前所述，斷續(xù)模式本身的變壓器勵(lì)磁電感小從而響應(yīng)快，且輸出負(fù)載電流和輸入電壓突變時(shí)，輸出電壓瞬態(tài)尖峰小：第二，由于連續(xù)模式本身的特性（其傳遞函數(shù)具有右半平面零點(diǎn)，這將在后面反饋環(huán)穩(wěn)定性一章中討論），必須大幅減小誤差放大器帶寬才能使反饋環(huán)穩(wěn)定。
補(bǔ)充：現(xiàn)代的功率設(shè)備比如功率集成度很高的 Top Switch（（開(kāi)關(guān)模塊）類(lèi)產(chǎn)品，其中與散熱片隔離的芯片中的開(kāi)關(guān)管漏極，是很大的噪聲源。這種產(chǎn)品連同集成的驅(qū)動(dòng)和控制電路，通常使用斷續(xù)工作模式的電源適配器反激拓?fù)鋪?lái)減少RF問(wèn)題。

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