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开关电源电压反馈电路的设计

电压反馈环的唯一功能就是使输出电压保持在一个固定值。但考虑负载瞬态响应、输出精度、多路输出、隔离输出等方面,电压反馈的设计就变得很复杂了。上述每一个方面对设计者来说都很棘手,但是如果掌握了设计步骤,这些方面都可以很容易地得到解决。

电压反馈环的核心部分是一个称为误差放大器的高增益运算放大器,这部分仅仅是个高增益的放大器而已,它把两个电压的误差放大,并产生电压误差信号。在电源系统中,这两个电压一个是参考电压,而另一个则是输出电压。输出电压在输入到误差放大器之前先进行分压。分压的比例为电压参考值与额定输出电压的比值。这样,在额定输出电压时,误差放大器产生一个零误差点。如果输出偏离额定值,放大器的输出误差电压就会明显地改变,电源系统用该误差电压来校正脉宽,从而使输出电压回到额定值。

针对误差放大器,有两个主要的设计问题:一方面是要有很高的直流增益,以改善输出负载调节性能;另一方面是要有很好的调频响应特性,以提高负载的瞬态响应。输出负载调节性能是指被检测的输出端上的负载改变时,输出电压的偏离程度。瞬时响应是指输出负载发生跳变时,输出电压恢复到原值的快慢。设计反馈环的补偿器时,都会遇到这些问题。

在开始设计的时候,要先确定通过输出电压电阻的检测电流的大小。为了使设计补偿器参数时有一个比较合理的值,电阻分压器的上臂电阻值选在1.5-15k欧的范围之内。

输出电压的精确度直接受到分压电阻和参考电压的精度影响。所有误差累加起来决定了最后的精确度,也就是说,如果分压器所用的是两个精度为1%的电阻,所用的参考电压的精度为2%,则最后输出电压的精度就为4%。另外放大器的输入失调电压也会引起误差,这个误差等于放大器的输入失调电压除以电阻分压器的分压。所以,如果在这个设计例子中,放大器的最大失调电压是10mV,那么输出电压误差就是20mV,且这个值会随着温度而漂移。

如果电源是多路输出的,那么输出端的交叉调整性能是要考虑的一个方面。通常电压放大器只能检测一个或几个输出端,而没有被检测的输出端只能通过变压器或输出滤波器本身固有的交叉调整功能进行调节。这样的调整性能比较差,也就是说,被检测的输出端上的负载变化时,会使没有被检测的输出端的输出明显改变。相反,如果没有被检测的输出端上的负载改变时,并不能完全通过变压器耦合到被检测的输出端而被检测到,因而不能对它进行很好的调节。

电压反馈最后一步是反馈隔离的问题,当考虑到输入电压会造成控制器损坏时,就要用反馈隔离。电气隔离有两种可用的方法:光隔离和电磁隔离。这部分主要是介绍使用比较普遍的隔离方法,也就是用光隔离器把反馈环与主电路隔离


本文节选自《开关电源设计指南》,由镭之源激光电源收集整理。
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