添加单个电容器来改善双路输出反激式电源的交叉调节性能

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本期，我们将介绍单个电容器的详细知识

需要多个输出电压的系统通常采用反激式转换器。在这些多输出反激式转换器中，同时对所有输出电压进行良好的调节是一项重大挑战。

同步整流器可平衡输出电压，但代价是绕组中的均方根 (RMS) 电流较高、轻负载效率降低。此电源设计小贴士将通过一个生成相同幅值正 / 负输出的特殊案例继续讨论。在这种情况下，正确放置单个电容器可以改善所有负载条件下的交叉调节性能。

图 1展示了48V 至 ±12V 电源在正常配置下的简化原理图。要实施此处建议的技术，您必须首先稍微变换次级连接的位置，如图 1所示，即添加电容器 C3并将二极管 D2从次级绕组的低侧移到高侧。另请注意，两个变压器次级绕组不再共用一个公共连接。除了增加的电容 C3之外，图 1 在电气方面等同于图 1。

图 1：双路输出反激式电源的典型配置 (a)；按图示重新配置和添加电容器可改善交叉调节 (b)

图 2A展示了当Q1 关断且 D1 和 D2 导通时的电路状态。在此状态期间，变压器通过次级绕组向两个输出传递能量。请注意，C3 与 +12V输出并联，因此可充电至相同的电压电平。

图 2B展示了当Q1 导通、D1 和 D2 反向偏置并处于关断状态时的电路状态。在此状态期间，当初级绕组通过输入电压充电时，变压器以磁性方式储能。在这种状态下，只要两个次级绕组的匝数相同，C3两端的电压等于−12V输出的幅值，如图 2B 中所示的公式所述。随着电路在这两种状态之间进行交替，电容器 C3充当电荷泵，使两个输出电压的幅值均衡。这个电荷泵效应补偿了由电路中的寄生元件所导致的电压不平衡。如果两个次级绕组的匝数不同，则该技术将不起作用。

图 2：电路的两个状态：Q1 关断，D1 和 D2 导通 (a)；Q1 导通，D1 和 D2 关断 (b)

图 3展示了对初级绕组和次级绕组上的漏电感进行建模的仿真原理图。初级侧上的漏电感会导致初级侧出现短时电压电平，从而耦合到次级绕组上。次级绕组上的漏电感会降低两个输出电压之间的耦合。

图 3：探究漏电感对输出电压调节影响的仿真模型原理图

图 4展示了+12V 输出、1A 负载和 −12V 输出、10mA 负载时，输出二极管中的电压和电流波形。添加1µF 电容器 C3不仅使两个输出保持良好耦合，还可以滤除由初级绕组漏电感引起的电压电平的影响。请注意，具有较低负载电流的-12V输出二极管电压有小幅振荡。此振荡是由与电容器 C3谐振的漏电感引起的，并导致 -12V输出二极管导通时发生相移。电流波形的有趣之处在于 -12V电流保持了三角形，这是从 +12V次级绕组电流中减去的。

图 4：+12V 输出、1A 负载和 -12V 输出、10mA 负载下输出二极管的电压和电流波形

图 5中的图形展示了添加电容器后对调节的影响。在这里，我们根据两个输出上的不同负载条件绘制了仿真图，其中包括添加和未添加电容器的情形。

没有电容器时，随着−12V负载降至零，−12V输出电压会显著上升。有电容器时，两个输出在整个负载范围内相差不足 3%。这些结果与使用同步整流器获得的结果类似，但不会增加RMS 绕组电流，而且几乎不会增加成本或复杂性。

图 5：仿真结果展示了添加单个电容器如何显著改善交叉调节功能

总之，寄生漏电感会降低多输出电源的稳压性能。在具有同等幅值的双路正负输出的电源中，添加单个电容器可以大大改善稳压性能。

在具有不同输出电压幅值的多输出电源中，使用同步整流器可能是改善交叉调节的理想方法。下次设计双路输出电源时，请考虑实施这种简单的技术来提高设计性能。