基于DC/DC变换器并联输出的均流变换器设计

　　图6 并联后开关电源的外特性斜率

　　从图6显见，外特性斜率小(即输出阻抗小)的电源，分配电流的增长量比外特性斜率大的电源增长量大。

　　Droop法实现均流的主要手段就是利用电流反馈调节每个变换器的外特性斜率，使并联变换器的输出阻抗接近一致，从而达到输出均流。

　　由前文所述，反激电路的输出阻抗为开关管导通占空比的函数，因此用反激电路实现Droop法均流的途径，应该通过电流检测信号控制开关管导通占空比来实现，或者说电流检测信号要参与PWM控制。

　　本文用Droop法设计了两个12V输出的并联DC/DC变换器，结构如图7所示，技术指标要求如下。

　　图7 Droop法均流DC-DC设计原理框图

　　输入电压：17V～32VDC;

　　输出电压：12VDC;

　　输出最大功率：30W;

　　工作频率：200kHz。

　　电压调整率：小于±3%;

　　负载调整率：小于±3%;

　　效率：大于70%;

　　纹波：于70mV。

　　设计结果

　　● 负载调整率

　　本文研究的反激式变换器的输出方式是离线式设计，而且电压采样信号没有从输出端直接采样，而是采用了磁隔离采样技术。这种设计可以不借助启动隔离电 路和隔离驱动电路而实现离线式输出，线路简单，但带来的缺点是负载调整率做不到很高。理论上很难把负载调整率做到±5%，有关文献介绍这种 设计(输出12V，电流从0.1～0.3A变化)可以实现的负载调整率±3%，本设计经过一些有效的措施，使得负载调整率在负载电流从 0.1～1.3A变化时达到±3%。

　　变压器耦合

　　由于电压采样信号是通过变压器电压采样信号绕组耦合输出电压变化信号得到的，故信号耦合的好坏直接影响到输出电压负载调整率的好坏。经过反复试验，得到两点实践经验：

　　变压器的绕制采用“三明治”式绕法，即初级绕组先绕一半，再绕次级绕组，绕后再将初级绕组剩余的匝数绕完，将次级绕组包裹在里面，这样漏感最小，见图8所示。

　　图8 变压器的绕制方法

　　输出绕组和电压采样绕组并绕以实现最佳耦合效果。

　　工作模式

　　经过试验发现，电路工作模式的不同对负载调整率影响也很大。当电路设计原边电感较大，工作于连续模式(CCM)时，使得负载变化引起的电流信号(峰值电感电流)波形斜率比较平(变化率小)，影响输出电压负载调整率;而电路工作于不连续模式(DCM)时，又影响效率。

　　所以经过反复试验，电路设计原边电感适中(变压器初级匝数调整为6匝)，电路工作于临界连续模式，结果对输出电压负载调整率有一定改善。

　　电压采样信号

　　试验中还发现，减小电压取样绕组的输出阻抗等效于对电压采样信号有一定的放大效果，可以一定程度地改善输出电压负载调整率，如图9所示。

　　图9 减小电压取样绕组的输出阻抗可改善输出电压负载调整率

　　结论

　　根据本文的有关研究和讨论，以及结合设计中遇到的实际问题的解决，所设计的单端反激热备份均流开关电源性能比较好，各项输出参数见表1。

　　表1

　　两个并联DC-DC变换器的均流结果见图10。

　　图10 两个并联DC-DC变换器的均流结果

　　从结果来看,由于DC/DC1的输出阻抗小于DC/DC2的输出阻抗，稳态调整的结果DC/DC1的输出电流始终大于DC/DC2 的输出电流，输出电流的不平衡度为12.78%左右。

　　可以通过串联电阻调节DC/DC1的输出阻抗,能进一步降低不平衡度，但这样一来输出效率下降，二来导致输出负载调整率增大。

　　从设计结果看，基本实现了热备份DC/DC输出，整体效率和各项指标比较好地达到了设计要求。