基于脉冲负载的中小功率开关电源研究(5)

　　4   实验验证

　　采用正激结构加同步整流方式， 设计了一个隔离的脉冲负载电源。电路输入电压为17~ 36 V, 输出为6 V/ 3 A , 开关频率为200 kHz, 输出滤波电容为200  F, 要求在3 A 负载时输出电压跌落小于0. 2 V。图15 为本文设计的线路图， 控制器采用电流型脉宽控制器LM5026, 其中整流MOS 管Q1 采用自驱方式， 同步整流管Q 2 采用变压器隔离驱动方式。图16 为实验验证电路的版图。

图15 本文设计的脉冲负载电源线路

图16 本文设计的脉冲负载电源版图

由于采用同步整流方式， 输出滤波电感的电流是连续的。当负载很轻时， 输出电感的电流方向会反向， 并通过续流MOS 管Q2 到地继续流动。电流连续模式的好处就是整个控制器在脉冲负载条件下工作时， 不会出现从非连续模式到连续模式的突变，更利于变压器环路的稳定。

　　判断输出电感是否进入连续模式， 可以通过测试输入PWM 控制器的输出脉冲占空比来测定， 或者是初级开关管漏极波形来判断。如果变换器从空载到满载条件下占空比不变， 则表明变换器在空载条件下已经进入电流连续模式。图17 是变换器在空载条件下的漏极波形。从波形上可以看出， 变换器在空载条件下开关频率为200 kHz, 漏极波形占空比为59. 18%。

图17  空载时的漏极波形

　　图18 是变换器带载3 A 时的漏极波形。从波形上可以看出， 在带载条件下， 漏极波形的占空比为59. 78%, 与空载基本一致， 表明电路在空载时已经进入连续模式。由于电源环路的截止频率必须小于开关频率的1/ 5, 为了更好地抑制纹波， 通过对环路补偿进行设置， 将截止频率设定在开关频率的1/ 10处， 即20 kHz。由（ 6） 式可以算出， 在3 A 负载下，输出电压的跌落为0. 119 V。图19 是实际测试脉冲负载时的输出电压波形。从图中可以看出， 输出电压的跌落为0. 1 V, 与计算值相当， 证明正激变换器加同步整流适合于脉冲负载电源。

图18  满载时的漏极波形

图19  输出电压波形

　　5   结论

　　本文通过对脉冲负载的机理分析、计算、仿真，验证了在小功率非隔离变换器中升压结构不适合脉冲负载结构， 降压变换器加同步整流是最适合脉冲负载的拓扑结构。降压变换器控制器可实现很宽的带宽； 引入同步整流， 可以使整个电路工作在电流连续模式。在小功率隔离变换器中， 反激变换器同样因为右半平面零点的影响而不适合用于脉冲负载。

　　正激变换器加同步整流可以显着减小脉冲负载输出电压的跌落； 同时， 采用电流模式， 可以很好地对环路进行补偿， 提升环路的带宽。实验电路验证了同步整流正激变换器在脉冲负载中的可行性。