基于脉冲负载的中小功率开关电源研究

3. 3 隔离变换器的脉冲负载分析

隔离变换器主要有反激变换器、正激变换器、桥式变换器。反激变换器和正激变换器都可以用在中小功率的场合， 桥式变换器主要用在大功率场合。

因此， 在脉冲电源中， 适合中小功率脉冲负载的电源结构是反激变换器和正激变换器。

3. 3. 1 反激变换器脉冲负载分析

图9 是典型的反激变换器结构。相对于升压变换器， 反激变换器增加了一个变压器， 实现了输入输出的隔离。

图9 基本的反激变换器结构

通过对变压器进行伏秒平衡分析， 得到电流连续模式下反激变换器的传输关系：

相对于升压变换器， 反激变换器只增加一个变压器。从本质上讲， 其小信号传输关系是在升压变换器的小信号关系上增加变压器匝比。因此， 电压连续模式反激变换器的小信号传输关系为：

从( 10) 式可以看出， 工作在连续模式下的反激变换器同样存在右半平面零点sz 2。与升压变换器一样， 反激变换器也不能实现宽的环路带宽， 因此，反激变换器也不适合用于脉冲负载电源。

3. 3. 2 正激变换器的脉冲负载分析

典型的正激变化器结构如图10 所示。正激变换器的工作原理与降压型变换器相同， 增加了一个用于输入输出隔离的变压器。

图10 正激变换器结构

工作于电压模式连续的正激变换器小信号传递函数为：

相对于降压变换器控制器的传递函数， ( 11) 式只是增加了变压器的匝比。因此， 正激变换器没有右半平面零点， 能够实现宽的带宽， 减小因脉冲负载造成的跌落。相对于降压变换器控制器的多种控制方式， 正激变换器主要有电压控制和电流控制方式。

由于电流控制方式更容易补偿环路， 因此， 在正激变换器中， 主要采用电流控制模式。

负载电流是从0 到满载， 正激变换器往往从空载到满载变换。由于需要跨越输出电感电流从非连续到连续模式， 增加了环路的响应时间。因此， 最好让正激变换器工作在连续模式， 而不管负载电流的变化。一种方法是在输出添加假负载， 但是会造成电路的效率下降， 另一种特别有效的方式是采用同步整流方式。同步整流的好处是可以提高效率， 但它更突出的特点是能够使电路工作在连续模式。

图11 采用二极管整流方式的正激变换器

由于采用二极管整流方式， 当工作在轻载时， 整个电路工作在电流断续模式; 当突然加负载时， 电路过渡到连续模式。其脉冲负载的仿真波形如图12 所示。

图12 采用二极管整流方式的脉冲负载的仿真波形

从图12 可以看出， 由于存在模式的突变， 在突然添加负载时候， 输出电压跌落为0. 5 V.

图13 是采用同步整流方式的正激变换器， 整个电路工作在电流连续模式; 图14 是采用同步整流方式的正激变换器仿真波形。从图中可以看出， 采用同步整流方式， 在脉冲负载条件下， 输出电压的波动在0. 2 V 以内。

图13 采用同步整流方式的正激变换器

图14 同步整流方式的正激变换器仿真波形