當(dāng)必須從單一電源生成多路輸出時(shí)，反激式拓?fù)涫呛侠淼南到y(tǒng)拓?fù)溥x擇。由于每個(gè)變壓器繞組兩端的電壓與其匝數(shù)成正比，因此只需提供正確的匝數(shù)即可設(shè)置每路輸出的電壓。理想情況下，若調(diào)整其中一路輸出的電壓，其他各路將按匝數(shù)比縮放并保持穩(wěn)定。

然而現(xiàn)實(shí)中，寄生元件會(huì)導(dǎo)致非穩(wěn)定輸出的負(fù)載調(diào)整性能下降。回想在電源設(shè)計(jì)小貼士 72 中， Robert Kollman 演示了如何計(jì)算由整流器正向壓降引起的調(diào)整誤差。在本電源設(shè)計(jì)小貼士中，我將進(jìn)一步探討寄生電感的影響，并說明何使用同步整流器代替二極管大幅改善反激式電源的交叉調(diào)整性能。

以 48V 輸入生成兩路 12V、1A 輸出的反激式拓?fù)錇槔ê?jiǎn)化仿真模型如圖 1 所示）。理想二極管模型具有零正向壓降和可忽略的電阻。這里忽略了變壓器繞組電阻，只對(duì)與變壓器繞組串聯(lián)的寄生電感進(jìn)行建模。這些電感包含變壓器內(nèi)的漏感以及印刷電路板 (PCB) 走線和二極管內(nèi)的寄生電感。當(dāng)您設(shè)置這些電感時(shí)，兩路輸出能夠完美地相互跟隨，因?yàn)楫?dāng)二極管在開關(guān)周期的 1-D 部分導(dǎo)通時(shí)，變壓器的完美耦合會(huì)強(qiáng)制兩路輸出相等。

圖 1 這個(gè)簡(jiǎn)化的反激式模型仿真了

漏感對(duì)輸出電壓調(diào)整性能的影響。

現(xiàn)在考慮當(dāng)向變壓器的兩個(gè)次級(jí)繞組引入 100nH 漏感，初級(jí)繞組串聯(lián) 3μH 漏感時(shí)，會(huì)發(fā)生什么。這些電感模擬了電流路徑中的寄生電感，包括變壓器內(nèi)部的漏感及 PCB 與其他元件中的電感。當(dāng)初級(jí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 關(guān)斷時(shí)，初級(jí)漏感仍有電流流動(dòng)，次級(jí)漏感以 0A 的初始條件開啟 1-D 周期。變壓器磁芯上出現(xiàn)所有繞組共有的基座電壓。此基座電壓可使初級(jí)泄漏電流斜降至 0A，并使次級(jí)泄漏電流斜升，從而向負(fù)載提供電流。

當(dāng)兩路輸出重載時(shí)，電流在整個(gè) 1-D 周期內(nèi)繼續(xù)流動(dòng)，輸出電壓保持良好平衡，如圖 2 所示。但是，當(dāng)一路輸出重載而另一路輸出輕載時(shí)，輕載輸出上的輸出電容器往往會(huì)通過此基座電壓進(jìn)行峰值充電；當(dāng)電流快速恢復(fù)到零時(shí)，其輸出二極管將停止導(dǎo)通。請(qǐng)參閱圖 3 中的波形。這種寄生電感導(dǎo)致的峰值充電效應(yīng)，其對(duì)交叉調(diào)整性能的影響通常遠(yuǎn)大于整流器正向壓降的影響。

圖 2 當(dāng)對(duì)兩路輸出都施加重載時(shí)，次級(jí)繞組電流在整個(gè) 1-D 周期內(nèi)都會(huì)在兩個(gè)次級(jí)繞組中流動(dòng)。在上方的紅色跡線上可以看到基座電壓。

圖 3 重載的次級(jí) 1 和輕載的次級(jí) 2 繞組。

基座電壓對(duì)次級(jí) 2 繞組的輸出電容器進(jìn)行峰值充電。

同步整流器有助于緩解此問題，它們?cè)谡麄€(gè) 1-D 周期內(nèi)強(qiáng)制電流在兩個(gè)繞組中流動(dòng)，無論負(fù)載大小。圖 4 顯示了與圖 3 相同負(fù)載條件下的波形，但將理想二極管替換為理想同步整流器。由于同步整流器在基座電壓減小后仍保持導(dǎo)通，因此即使負(fù)載嚴(yán)重不平衡，兩路輸出電壓也能很好地相互跟隨。

雖然次級(jí) 2 繞組的平均電流非常小，但均方根 (RMS) 含量仍然很高。這是因?yàn)椋号c圖 3 中的理想二極管不同，同步整流器會(huì)在整個(gè) 1-D 周期內(nèi)強(qiáng)制電流連續(xù)流動(dòng)。有趣的是，要使平均電流值較低，此期間的大部分時(shí)間內(nèi)電流必須為負(fù)值。

顯然，這是以更高的環(huán)流為代價(jià)換取更優(yōu)的調(diào)整性能。但這未必會(huì)導(dǎo)致整體損耗增加。同步整流器的正向壓降通常遠(yuǎn)低于二極管，因此在重載工況下使用同步整流器的效率通常要高得多。

圖 4 將二極管替換為同步整流器會(huì)強(qiáng)制電流在兩個(gè)次級(jí)繞組中流動(dòng)，并消除來自基座電壓的峰值充電。

可以在圖 5 中看到對(duì)交叉調(diào)整性能的影響。在這里，輸出 1 上的負(fù)載穩(wěn)定在 1A，而輸出 2 上的負(fù)載從 10mA 擺動(dòng)至 1A。在負(fù)載低于 100mA 時(shí)，由于基座電壓的峰值充電效應(yīng)，使用二極管時(shí)交叉調(diào)整性能會(huì)嚴(yán)重下降。

請(qǐng)記住，您只需關(guān)注漏感的影響，因?yàn)檫@些仿真使用了理想二極管和理想同步整流器。若考慮電阻性損耗與整流器正向壓降，同步整流器的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步放大，如電源設(shè)計(jì)小貼士 72 中所述。

因此，為在多路輸出反激式電源中實(shí)現(xiàn)卓越的交叉調(diào)整性能，請(qǐng)考慮使用同步整流器。作為一種附加優(yōu)勢(shì)，您還可能提升電源效率。?可參考 TI 的 40V 至 60V 輸入 40W 雙輸出隔離反激式轉(zhuǎn)換器 (6V@4.33A) 和面向 PoE 應(yīng)用的 3 類雙輸出隔離反激式轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)，這些均是采用同步整流器的反激式電源示例。

圖 5 此圖顯示了當(dāng)輸出 1 上的負(fù)載穩(wěn)定為 1A，輸出 2 上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，兩路輸出之間的交叉調(diào)整情況，從而突出了同步整流器減輕漏感影響的能力。

有關(guān)更多電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)，請(qǐng)查看 TI 在 Power House 上的電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)博客系列。

其他資源

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