專利名稱：一種多路輸出電源的制作方法
一種多路輸出電源玟術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及多路輸出電源，特別涉及一種可改善多路輸出電源中輔路負(fù)載 調(diào)整率的電源。
背景技術(shù)：
目前，在業(yè)界應(yīng)用的多路輸出電源中， 一般只能選一路輸出為主路輸出， 主路輸出的選取一般根據(jù)各路輸出的重要性、對穩(wěn)壓精度的要求、負(fù)載電流大 小及穩(wěn)定性等西素來選取。主路選取后，其它路輸出就為輔路輸出。由于主路 帶有主反饋，所以主路輸出穩(wěn)壓精度較高，但其它輔路輸出的穩(wěn)壓精度就比較 差。輔路輸出的穩(wěn)壓精度受主路負(fù)載及其變化量、本路輔路負(fù)載及其變化量、 其它輔路及其變化量、各路輔路對應(yīng)變壓器繞組的線徑、整流二極管正向?qū)▔航?、輸入電壓變化、PCB走線等因素影響，當(dāng)上述各變化量較大時，輔路 輸出的穩(wěn)壓精度一般會超過土 1 0 %;交叉調(diào)整率甚至?xí)鍪?1 5%。而上 述各影響因素中本路輸出的負(fù)載調(diào)整率是最主要的，如果本路輸出的負(fù)載調(diào)整 率得到較好的改善，則本路輸出的穩(wěn)壓精度就會得到極大的改善。目前業(yè)界對 負(fù)載調(diào)整率的改善主要采用二次穩(wěn)壓技術(shù)，常用的二次穩(wěn)壓技術(shù)是采用 LM780X等系列的三端穩(wěn)壓塊的穩(wěn)壓技術(shù)(如圖1所示，T10.變壓器，D10. 整流二極管，C10和C11為濾波電容)或三極管調(diào)壓技術(shù)(或類似調(diào)壓技術(shù)， 如圖2所示，T20.變壓器，D20.整流二極管，C20.濾波電容，Q20.三級管，Ul. 穩(wěn)壓管)。考慮綜合性價比，目前應(yīng)用穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓壓降一般為1.25V以上，加上輸出 電壓最小波動下限，我們設(shè)計(jì)的最小穩(wěn)壓壓降應(yīng)大于1.8V以上，如果輸出電 流為200mA，正常工作時穩(wěn)壓塊功耗為0.9W，對于采用封裝較小的TO-252
封裝的低壓差三端穩(wěn)壓塊就必須加一定散熱器進(jìn)行散熱才能正常工作。當(dāng)采用 三極管調(diào)壓技術(shù)時，雖然穩(wěn)壓壓降可以降低，但要增加基準(zhǔn)源和反饋取樣電阻等，但是會增加成本和PCB面積等，且為保證輸出電壓下限能穩(wěn)定工作，穩(wěn) 壓壓降也要大于1V以上，所以依然存在較大功耗。目前也有用高頻升降技術(shù) 進(jìn)行二次穩(wěn)壓的，這種穩(wěn)壓技術(shù)由于控制芯片較貴，存在EMC (電磁兼容性， 包括電磁干擾E M I和電磁敏感性E M S兩個方面)干擾問題，相對應(yīng)用較少。 綜上所述，對于這種對穩(wěn)壓精度范圍較寬的輸出電路，應(yīng)用二次穩(wěn)壓技術(shù) 雖然使實(shí)際的穩(wěn)壓精度提高，但必然帶來如下問題:(l)本路輸出成本大幅提高， 性價比極差；(2)二次穩(wěn)壓帶來的必然損耗導(dǎo)致電源效率減?。?3)二次穩(wěn)壓的熱 損耗需要散熱器或其它形式的散熱面積進(jìn)行散熱，同時這些損耗的熱量必然使 其周圍器件的熱應(yīng)力增加，導(dǎo)致可靠性降低；(4)二次穩(wěn)壓電路會增加電源的體 積和PCB面積，對于目前電源小型化發(fā)展十分不利；(5)變壓器匝數(shù)增加，繞 制工藝難度和成本均會增加；(6)無法對輸出電壓偏低的輸出回路進(jìn)行電壓補(bǔ) 償；(7)可能還存在EMC干擾問題。M贈本發(fā)明的目的在于提供一種多數(shù)輸出電源，可改善輔路負(fù)載調(diào)整率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種多路輸出電源，包括變 壓器以及與所述變壓器副邊繞組相連的主路輸出電路和至少一路輔路輸出電 路；在主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路中，分別串聯(lián)著一個互感器的不 同繞組，且主路輸出電流流入主路所串繞組的一端與至少一輔路電路輸出電流 流入輔路所串繞組的一端是同名端。進(jìn)一步的,所述與輔路輸出電路相連的變壓器繞組匝數(shù)與串聯(lián)在輔路輸出 電路中的互感器的繞組匝數(shù)之比大于與主路輸出電路相連的變壓器繞組匝數(shù) 與串聯(lián)在主路輸出電路中的互感器的繞組匝數(shù)之比。進(jìn)一步的，本發(fā)明一種多路輸出電源包括整流濾波電路，所述主路輸出電 路和至少一路輔路輸出電路的互感器繞組分別串聯(lián)連接在所述主路輸出電路 和至少一路輔路輸出電路的所述整流濾波電路的第一級濾波電容之前。
進(jìn)一步的，所述主路輸出電路包括反饋電路。所述主路輸出電路包括由第一二極管和第一濾波電容組成的整流濾波電路、采樣電阻Rs、反饋電路和互感器的第一繞組；所述第一二極管的陽極與 變壓器副邊第一繞組的一端相連，其陰極與第一濾波電容的一端、以及主路的 正極輸出端相連；第一濾波電容的另一端與變壓器第一繞組的另一端、以及主 路的負(fù)極輸出端相連；所述采樣電阻Rs的一端與主路正極輸出端相連，另一 端與反饋電路相連，反饋電路另一端與主路負(fù)極輸出端相連；所述互感器的第 一繞組串聯(lián)連接在所述變壓器第一繞組與第一二極管之間或第一二極管與第 一濾波電容之間或變壓器第一繞組與第一濾波電容之間，且與連接在第N輔 路輸出電路中的互感器的第N繞組相耦合；N》2。所述第N輔路輸出電路包括第N 二極管、第N濾波電容和互感器的第N 繞組；所述第N 二極管的陽極與變壓器副邊第N繞組的一端相連，其陰極與 第N濾波電容的一端相連；第N濾波電容的另一端與變壓器第N繞組的另一 端相連；所述互感器的第N繞組串聯(lián)連接在變壓器第N繞組與第N 二極管之 間或第N 二極管和第N濾波電容之間或變壓器第N繞組的另一端和第N濾波 電容的另一端之間。本發(fā)明一種多路輸出電源可以是下列電源中的一種降壓式、升壓式、升 降壓式、反激式、正激式、半橋式、全橋式或推挽式多路輸出電源。所述互感器是電感器或變壓器或壓電陶瓷類變壓器。本發(fā)明具有下列顯著的優(yōu)點(diǎn)①不會帶來損耗；②可以使本路輔路輸出負(fù) 載調(diào)整率達(dá)到最佳，(理論上可為0);③可以極大改善輔路輸出的穩(wěn)壓精度； ④不用對變壓器進(jìn)行匝數(shù)調(diào)整；⑤所加互感器可直接量化計(jì)算，且不受占空比 影響；⑥實(shí)施成本極低，性價比極高；⑦在輸出回路中串聯(lián)互感器，可以改善 相關(guān)輸出路的電磁兼容特性。


下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。圖1是現(xiàn)有采用三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓的多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是現(xiàn)有采用三極管調(diào)壓技術(shù)的多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a是一種反激式多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3b是圖3a電路中主路輸出電路的參數(shù)示意圖。圖3c是圖3a電路中輔路輸出電路的參數(shù)示意圖。圖4a是本發(fā)明一個實(shí)施例中一種多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4b是圖4a電路中主路輸出電路的參數(shù)示意圖。圖4c是圖4a電路中輔路輸出電路的參數(shù)示意圖。圖5是圖4a所示電源的一種變形電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖4a所示電源的一種變形電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是圖4a所示電源的一種變形電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖4a所示電源的一種變形電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明一個實(shí)施例中一種多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖IO是本發(fā)明一個實(shí)施例中一種多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖11本發(fā)明一個實(shí)施例中一種多路輸出電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明多路輸出電源可以是反激式、正激式、降壓式、升壓式、升降壓式、 半橋式、全橋式、推挽式等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多路輸出電源。下面以一個兩路輸出的 反激式多路輸出電源為例對本發(fā)明電源的原理進(jìn)行闡述。且該反激式多路輸出 電路的輔路輸出電壓額定值高于主路輸出電壓額定值。一般情況下，多路輸出電源的輔路輸出因電流較小，變壓器繞組所用漆包 線線徑也較細(xì)，故線阻較大，同樣的原因，其輸出回路所用PCB走線寬度也 較窄，其線阻也會相對較大，等等相似的原因，其輸出回路總的等效線阻會較 大，當(dāng)輸出電流變化較大時，線阻上的壓降也會變化較大，造成其負(fù)載調(diào)整率 較大。我們首先對未改進(jìn)前的輔路輸出因線阻造成的負(fù)載調(diào)整率變化情況進(jìn)行 分析。如圖3a所示， 一種反激式多路輸出電源的輸入端電路包括與變壓器T1 原邊繞組相串聯(lián)連接的開關(guān)Q1，其輸入端連接直流電壓VinDC，其多路輸出
電路部分包括與變壓器Tl副邊繞組相連的主路輸出電路和一個輔路輸出電 路。我們假定Vo2路為輔路輸出，Vol為主路輸出，變壓器線阻和PCB及其 它走線綜合線阻等效為第一線阻rl、第二線阻r2、第三線阻r3和第四線阻r4。 為方便分析起見，其它情況我們忽略不計(jì)。主路輸出電路包括由第一二極管 D1和第一濾波電容C1組成的整流濾波電路、反饋電路12和釆樣電阻Rs。其 中，第一二極管D1的陽極與變壓器T1副邊第一繞組的一端相連，其陰極與 第一濾波電容Cl的一端相連。第一濾波電容Cl的另一端與變壓器Tl第一繞 組的另一端相連。采樣電阻Rs的一端與主路輸出電路的正極輸出端相連，另 一端與反饋電路12相連，反饋電路12的另一端與主路輸出電路的負(fù)極輸出端 相連。作為等效電阻的第一線阻rl和第二線阻r2串聯(lián)在電路中。輔路輸出電路的電路結(jié)構(gòu)與主路輸出電路相似，只少了反饋電路，包括串 接在變壓器T1副邊第二繞組和輔路輸出電路輸出端之間的整流濾波電路，包 括第二二極管D2和第二濾波電容C2。作為等效電路的第三線阻r3和第四線 阻r4串聯(lián)在電路中。首先對輔路輸出電路對應(yīng)兩種電流情況下輸出電壓變化情況進(jìn)行分析，先假定輸出負(fù)載電流上升，即l02， >Io2。為方便分析起見，假定變壓器T1電流工作在臨界斷續(xù)模式下(電路中電流和電壓情況如圖3b和圖3c所示)；則有 Fo2 = (C/L^-r3x/Ls2-ra2)(l-D)-Mx/o2 =("丄2 _ FD2X1 - Z)) - 2 x r3 x /o2 - M x /o2Ko2',Lfi-/"3x履-ra2)(l-jD)-Mx/o2' =(t/LS—FD2X1—Z)) - 2 x x /。2'-M x /。2'可導(dǎo)出.Kc2-「f2二C2xr3+H)x(/c2"-/c2) ("下面我們介紹本發(fā)明改善輔路輸出負(fù)載調(diào)整率的方法。電源工作條件與圖 3電路的工作條件一致。在主路輸出電路中和輔路輸出電路中各自整流濾波電 路之前的電路中分別串聯(lián)著互感器L1的不同繞組，且各路輸出電流流入本路 輸出所串互感器L1繞組的一端互為同名端(如圖4a所示)。其中，互感器L1 的繞組可串聯(lián)連接在變壓器T1副邊繞組與二極管(Dl、 D2)之間(即連接在
整流濾波電路之前，例如但不限于，如圖4a所示)，也可以串聯(lián)連接在二極管 (Dl、 D2)和濾波電容(Cl、 C2)之間(即連接在第一級濾波電容前，例如 但不限于，如圖5、圖6所示)，也可以串聯(lián)連接在變壓器T1副邊繞組和濾波 電容(Cl、 C2)之間(即連接在第一級濾波電容前，例如但不限于，如圖7、 圖8所示)。本發(fā)明中，互感器L1可以是電感器或變壓器等磁耦合器件，也 可以采用壓電陶瓷類變壓器。假設(shè)串聯(lián)在主路輸出電路中的互感器Ll的第一繞組Lla的匝數(shù)為Na， Lla上的電壓為VLla;串聯(lián)在輔路輸出電路中的互感器Ll的第二繞組Lib 的匝數(shù)為Nb， Llb上的電壓為VLlb;互感，L1的磁芯的互感器系數(shù)為AL。 互感器L1兩繞間為全耦合即互感系數(shù)^一^x^。電源輸入端電路中開關(guān) 管Q1的導(dǎo)通占空比為D。變壓器Tl原邊繞組的匝數(shù)為NP，對應(yīng)副邊第一繞 組和第二繞組的匝數(shù)相應(yīng)為NS1、 NS2， VIN為變壓器T1原邊輸入直流電壓。 電路中電流和電壓情況如圖4b和圖4c所示。對加互感器調(diào)壓之后，假設(shè)帶反饋電路12的主路輸出電路開環(huán)，則兩路 的輸出電壓分別為F<formula>formula see original document page 9</formula>從上面公式中可知，開環(huán)時當(dāng)主路輸出電路和輔路輸出電路的輸出電壓 Vol、 Vo2都下降時，主路輸出電路的輸出電壓Vol下降量為 AL*Na(Nb*AIls2+Na*AIlsl)。而正常工作時主路輸出電路是閉環(huán)的，為保持
本路輸出電壓的穩(wěn)定，當(dāng)主路輸出電路的輸出電壓Vol下降時，會通過反饋環(huán) 調(diào)節(jié)原邊開關(guān)管Q1的導(dǎo)通占空比。加互感器L1前的主路輸出電路的輸出電壓Vol (對應(yīng)原占空比)要與加互感器L2后的輸出電壓Vo1 (對應(yīng)新占空比)相等，則有<formula>formula see original document page 10</formula>對應(yīng)于反激式拓樸，有詢-<formula>formula see original document page 10</formula>式中Ulsi表示第I路輸出對應(yīng)變壓器Tl繞組兩端的耦合電壓。 可得出新占空比為細(xì)x麗對應(yīng)新占空比，除Vol輸出電壓不變外，其余路輸出的電壓分別為-同樣的，當(dāng)Vo2路輸出負(fù)載電流變化為Io2'時，本路輸出電壓也會發(fā)生變化，此時假定主路輸出電壓V0l和電流l0l保持不變，則輔路輸出電壓為 <formula>formula see original document page 10</formula><formula>formula see original document page 10</formula>把上式與前面(l)式對比可知，只要滿足下面條件，就能達(dá)到改善輔路輸出 電路輸出負(fù)載調(diào)整率的目的，艮卩 <formula>formula see original document page 10</formula>竭!從上式可得細(xì)<formula>formula see original document page 10</formula>
只要滿足上述條件，就能達(dá)到負(fù)載調(diào)整率改善的目的，特別是當(dāng)滿足下現(xiàn)條件時，達(dá)到最佳(理論上為0):<formula>formula see original document page 11</formula>(2)細(xì)從上式可知，只要輔路輸出對應(yīng)變壓器T1繞組匝數(shù)與輔路輸出回路中所串聯(lián)的互感器Ll繞組匝數(shù)之比大于主路輸出對應(yīng)變壓器Tl繞組匝數(shù)與主路iVS2 、皿輸出回路中所串聯(lián)互感器L1繞組匝數(shù)之比，即i —i，再根據(jù)這個不等式設(shè)計(jì)互感器各繞組的匝數(shù)，就能起到改善輔路負(fù)載調(diào)整率的目的，如果同時所加互感器L1參數(shù)與輔路輸出回路的線阻又滿足(2)式，就可使本路輔路輸出的 負(fù)載調(diào)整率達(dá)到最小。對于反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)變壓器T1電流工作在斷續(xù)模式或連續(xù)模式時， 同樣可計(jì)算出一個可使輔路輸出電路負(fù)載調(diào)整率最小的等式，其與臨界斷續(xù)模式的差異僅在于互感器電流與輸出電流平均值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系有變化而已，計(jì) 算方法和推理過程一樣，故不在此詳述。以上描述的改善輔路輸出負(fù)載調(diào)整率的方法同樣可用于具有兩路或兩路 以上輔路的多路輸出電源。此時，主路輸出電路和每個輔路輸出電路中位于各 自整流濾波電路的第一級濾波電容之前的電路中分別串聯(lián)著一個互感器(電感 器或變壓器)的一個繞組(例如但不限于，如圖9到圖ll所示)，且各路輸出 電流流入本路輸出所串互感器繞組的一端互為同名端。其中，互感器繞組匝數(shù) 的計(jì)算分析方法與上面相似，對應(yīng)的變形電路與上面相似，故不在此詳述。圖 9中，二極管D3和電容C3屬于電源第二路輔路輸出電路，Vo3為第二路輔路 輸出電路的輸出電壓，Llc為互感器Ll的第三繞組。以此類推，上述實(shí)施例中所采用的改善輔路輸出負(fù)載調(diào)整率的方法同樣可 以應(yīng)用于其它拓樸形式的多路輸出電源中，如降壓式(BUCK)、升壓式 (BOOST)、升降壓式、正激式(如圖10所示)、半橋式、全橋式(如圖11 所示)、推挽等各種可應(yīng)用于多路輸出電源的拓樸中，對應(yīng)的變形電路與反激 式類似，計(jì)算方法類似，故不在此詳述。圖10中，二極管Dn和電容Cn屬于電源第(n-l)路輔路輸出電路，Von 為第(n-l)路輔路輸出電路的輸出電壓，圖中未將串聯(lián)連接在電路中的互感 器L1的第(n-l)繞組畫出。圖11中，開關(guān)管Q1到Q4屬于多路輸出電路輸 入端電路的控制開關(guān)，二極管Dll、 D21到Dml分別為各路輸出電路的整流 二極管，二極管Dm和電容Cm屬于電源第(m-l)路輔路輸出電路，Vom為 第(m-l)路輔路輸出電路的輸出電壓，圖中未將串聯(lián)連接在第一路輔路輸出 電路中的互感器L1的第二繞組畫出。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種多路輸出電源，包括變壓器以及與所述變壓器副邊繞組相連的主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路；其特征在于在主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路中，分別串聯(lián)著一個互感器的不同繞組，且主路輸出電流流入主路所串繞組的一端與至少一輔路電路輸出電流流入輔路所串繞組的一端是同名端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多路輸出電源，其特征在于所述與輔路輸出 電路相連的變壓器繞組匝數(shù)與串聯(lián)在輔路輸出電路中的互感器的繞組匝數(shù)之 比大于與主路輸出電路相連的變壓器繞組匝數(shù)與串聯(lián)在主路輸出電路中的互 感器的繞組匝數(shù)之比。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多路輸出電源，其特征在于包括整流濾波電 路，所述主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路的互感器繞組分別串聯(lián)連接在 所述主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路的所述整流濾波電路的第一級濾 波電容之前。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路輸出電源，其特征在于所述主路輸出電 路包括反饋電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路輸出電源，其特征在于所述主路輸出電 路包括由第一二極管和第一濾波電容組成的整流濾波電路、采樣電阻Rs、反 饋電路和互感器的第一繞組；所述第一二極管的陽極與變壓器副邊第一繞組的 一端相連，其陰極與第一濾波電容的一端、以及主路的正極輸出端相連；第一 濾波電容的另一端與變壓器第一繞組的另一端、以及主路的負(fù)極輸出端相連； 所述采樣電阻Rs的一端與主路正極輸出端相連，另一端與反饋電路相連，反 饋電路另一端與主路負(fù)極輸出端相連；所述互感器的第一繞組串聯(lián)連接在所述 變壓器第一繞組與第一二極管之間或第一二極管與第一濾波電容之間或變壓 器第一繞組與第一濾波電容之間，且與連接在第N輔路輸出電路中的互感器 的第N繞組相耦合；N》2。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路輸出電源，其特征在于所述第N輔路輸 出電路包括第N二極管、第N濾波電容和互感器的第N繞組；所述第N二極 管的陽極與變壓器副邊第N繞組的一端相連，其陰極與第N濾波電容的一端 相連；第N濾波電容的另一端與變壓器第N繞組的另一端相連；所述互感器 的第N繞組串聯(lián)連接在變壓器第N繞組與第N 二極管之間或第N 二極管和第 N濾波電容之間或變壓器第N繞組的另一端和第N濾波電容的另一端之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任一種多路輸出電源，其特征在于，是下 列電源中的一種降壓式、升壓式、升降壓式、反激式、正激式、半橋式、全 橋式或推挽式多路輸出電源。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多路輸出電源，其特征在于所述互感器是電 感器或變壓器或壓電陶瓷類變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及多路輸出電源，特別涉及一種可改善多數(shù)輸出電源中輔路負(fù)載調(diào)整率的多路輸出電源，包括變壓器以及與所述變壓器副邊繞組相連的主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路；在主路輸出電路和至少一路輔路輸出電路中，分別串聯(lián)著一個互感器的不同繞組，且主路輸出電流流入主路所串繞組的一端與至少一輔路電路輸出電流流入輔路所串繞組的一端是同名端。本發(fā)明具有下列顯著的優(yōu)點(diǎn)不會帶來損耗；可使本路輔路輸出負(fù)載調(diào)整率達(dá)到最佳；可極大改善輔路輸出的穩(wěn)壓精度；不用對變壓器進(jìn)行匝數(shù)調(diào)整；所加互感器可直接量化計(jì)算，且不受占空比影響；實(shí)施成本極低，性價比極高；在輸出回路中串聯(lián)互感器，可改善相關(guān)輸出路的電磁兼容特性。
文檔編號H02M3/28GK101212181SQ200610063670
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者吳連日 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)有限公司