變換器型開(kāi)關(guān)電源負載效應簡(jiǎn)析

(4)

式中 K=10～100。按(4)式估算，可得出電流調整率Si至少大于1%，有時(shí)甚至可達10%以上。

2.3 電壓調整率估算

電壓調整率通常按負載不變情況下，源電壓波動(dòng)10%來(lái)測試。由于負載不變，源電壓波動(dòng)多少，輸出電壓也就同比例變化。設Ui變化10%時(shí)，輸出直流電壓Uo也會(huì )變化10%。

電壓調整率可用式(5)表示。

(5)

若按K=50計算，得Su≈0.2%。

2.4 負載調整率與電壓調整率的比較

計算與實(shí)踐均表明，式(4)中的分子項目眾多，其數值遠大于(5)式中的分子，故有Si>>Su ,即負載調整率大大劣于電壓調整率。在由市電供電的變換器型開(kāi)關(guān)電源中，都存在這樣的規律。

3 采用VIPer22A的電流控制型變換器的開(kāi)關(guān)穩壓電源

3.1 整體電路結構框圖

采用VIPer22A的電流控制型變換器式開(kāi)關(guān)電源的電路結構如圖3所示。市電經(jīng)整流濾波環(huán)節進(jìn)入變壓器和VIPer22A模塊后，將直流電變換成脈寬可調的高頻電，再經(jīng)高頻整流濾波器至輸出端負載。負載端電壓經(jīng)反饋誤差放大器放大，回饋到VIPer22A反饋端，進(jìn)而調節變換器的輸出脈寬，以穩定負載端電壓。

圖3 VIPer22A電流控制型功率變換器式開(kāi)關(guān)穩壓電源的電路結構框圖

3.2 電壓調整率極優(yōu)

當市電AC220V出現波動(dòng)時(shí)，變壓器原邊繞組中的電流幅值也會(huì )相應變化，立即顯現到芯片內取樣電阻RS上，過(guò)電流比較器即調節PWM脈寬，相應調節輸出電壓。該過(guò)程在整個(gè)穩壓過(guò)程中，起著(zhù)絕對主導作用。與此同時(shí)，外環(huán)的誤差放大器也參與運作，使圖4所示的VIPer22A芯片FB端(3腳)輸入電流變化，調節功率MOSFET的柵極脈寬反向變化，從而將輸出電壓最大限度地恢復到外電壓波動(dòng)前的數值上。即源電壓的波動(dòng)，得到了增益很大的一階電路電流控制模式的及時(shí)應對，就將源電壓效應提升到優(yōu)于0.01%的程度。

當然，圖3外環(huán)的電壓控制工作模式也參與應對市電的波動(dòng)，但作用遠小于電流控制模式，響應速度也較低。

3.3 負載調整率

3.3.1 VIPer22A電流控制，將負載波動(dòng)所引起的E值波動(dòng)影響平抑到可以忽略不計

雖然負載波動(dòng)時(shí)，市電整流濾波后所得的直流電壓E也會(huì )相應波動(dòng)，但在VIPer22A內部有閉環(huán)的電流控制，不論是市電波動(dòng)還是整流濾波后的直流電壓波動(dòng)，都會(huì )引發(fā)VIPer22A內部功率MOSFET的漏極電流的波動(dòng)，采樣電阻RS上的壓降隨之改變，并及時(shí)調節PWM脈寬，應對整流濾波后的直流電壓波動(dòng)，確保輸出電壓的穩定。這時(shí)的調節精度相當于VIPer22A的電壓調整率，即0.01%。這樣高的調節精度，近似于整流濾波后的直流電壓沒(méi)有波動(dòng)。

3.3.2 VIPer22A電流控制將負載波動(dòng)對高頻變壓器原邊電流影響平抑到可以忽略不計

當市電電壓不變，負載波動(dòng)時(shí)，W1繞組電流相應波動(dòng)，圖2中過(guò)電流比較器的同相輸入端電壓也相應變化，并及時(shí)調節脈寬，同樣保有優(yōu)于0.01%穩定精度。

3.3.3 VIPer22A電流控制將負載波動(dòng)對功率MOSFET上的電壓影響降至可以忽略不計

功率MOSFET漏-源極間的導通電阻為15Ω，負載波動(dòng)所引起的功率MOSFET漏-源極間的電壓降波動(dòng)，必然引發(fā)取樣電阻RS上的電流和電壓波動(dòng)。VIPer22A內部的電流控制將這種波動(dòng)反饋到過(guò)電流比較器的反相輸入端，內環(huán)控制PWM,將影響降至最低，確保輸出電壓的穩定，調整精度也是優(yōu)于0.01%。即VIPer22A內環(huán)的電流控制將變壓器副邊以前的所有電流波動(dòng)所產(chǎn)生的影響降至微乎其微。

3.3.4 低負荷條件下的自動(dòng)間歇工作模式進(jìn)一步優(yōu)化了負載調整率

VIPer22A芯片還具有低負荷條件下的自動(dòng)間歇工作模式，當開(kāi)關(guān)電源空載或是流過(guò)功率MOSFET的漏極電流小于或等于極限值的12%—約為85mA(峰值)時(shí)，芯片N1會(huì )自動(dòng)進(jìn)入間歇工作狀態(tài)，既保證低負載時(shí)的正常運行，又可以降低整機功耗，抑制了輕載時(shí)的輸出電壓上升，其負載調整率得到進(jìn)一步優(yōu)化，顯著(zhù)地勝過(guò)電壓控制型變換器式開(kāi)關(guān)電源。

3.3.4 以上4項措施均封裝在器件內部，將VIPer22A變換器型開(kāi)關(guān)電源的負載調整率大大優(yōu)化

(4)式中分子的第一大項重列于式(6)，其數值很大，在分子中占據大的比例。

(6)

但在VIPer22A器件中，這個(gè)量通過(guò)內環(huán)的高精度調節，使其對負載調整率的總體影響降到很低，大大優(yōu)于(4)式分子的后兩項，即在估算負載調整率時(shí)，(6)式所得參數，在現在條件下可以不予考慮。故得出VIPer22A的變換器型開(kāi)關(guān)電源的負載調整率的近似公式為

將實(shí)際數值帶入(7)式，可得VIPer22A電源的負載調整率明顯優(yōu)于1%，仍大大劣于它自身的電壓調整率0.01%。但卻大大優(yōu)于電壓型調節的變換器式開(kāi)關(guān)電源。

3.3.5 外環(huán)的電壓控制模式也參與穩定負載變化所引起的輸出電壓波動(dòng)

與此同時(shí)，負載波動(dòng)時(shí)，W3繞組及其輸出端電壓也有波動(dòng)，所以處于芯片外環(huán)的電壓控制模式投入運行應對，這像一般電壓控制型開(kāi)關(guān)電源一樣，也用以保持輸出電壓穩定，但精度與響應速度都劣于內環(huán)。