内容摘要：在变换器型开关电源中，与电压控制模式开关电源相比，电流控制模式开关电源的电压调整率获得几个数量级的优化，负载调整率也有显著改善;但负载调整率仍劣于电压调整率，这成了目前变换器型开关电源的一种规律。
关键词：VIPer22A 电压控制 电流控制 变换器型开关电源 负载调整率 电压调整率
1 前言
由市电供电的变换器型开关电源具有隔离功能。这类电源使用多了，就会发现：尽管它们电路结构不同，性能差异也大，然而它们的负载效应总是劣于源电压效应。本文对这一问题进行简析。
2 电压控制型变换器式开关电源
2.1 整体电路结构框图
通常的电压控制型变换器式开关电源的电路结构如图1所示。市电经整流滤波环节进入变换器后，再经高频整流滤波器至输出端负载。负载端电压经反馈误差放大器放大，回馈到PWM环节，进而调节变换器的输出脉宽，以稳定负载端电压。
2.2 负载调整率估算
2.2.1 梗概计算
由市电供电的变换器型开关电源，其源电压效应通常都优于负载效应。负载调整率可以用式(1)表示 。
(1)
式中：△Uoi—加额定负载电流时在输出端产生的电压降落(V);
Uo—开关电源空载时的额定输出电压(V);
K—误差放大器的电压放大倍数。
2.2.2 开关电源负载波动时整流滤波电压的波动
从开关电源负载电流由零到额定负载时，工频整流滤波直流电压E随之衰减，衰减值
△E的百分比与滤波电容容量和负载大小有关，可参照桥式整流输出电压E/Um与ωCRL关系曲线予以估算(见图2)。
图中： E —整流滤波电压平均值(V),E=Y1×1.4142Ui;
Y1—左边纵坐标数值;
Um—整流电压峰值(V), Um=1.4142Ui;
Ui—电网电压(V);
Y2—右边纵坐标数值;
Rn—包括电网和整流管正向压降等在内的整流滤波电路的总内阻(Ω);
Rl—实际负载电阻(Ω);
ω—电网角频率，ω=2πf(弧度);
f——电网频率，(Hz);
C—滤波电容容量(F)。
不难看出，总内阻Rn越大，实际输出的整流滤波电压E的衰减比例也越大,曲线也就越往下面移。
小功率变换器式开关电源在额定负载时，(Rn/Rl) ≈0.005;空载时(Rn/Rl) ≈0.002。查图2相应曲线，可得两种状态的E值之差△E≈E(2.0～3.0)%。
2.2.3 变换器中变压器原边电阻的影响
考虑到开关电源的效率和体积，变换器中的变压器尽量选择小型化，绕组漆包线也要相应细一些，因此绕组电阻也较大;当流过较大电流时，绕组就会产生较大压降(铜损)，影响负载调整率。原边绕组的电阻值用Rw1表示。
2.2.4 变换器中功率MOSFET漏-源极间的电压降波动
小功率变换器中功率MOSFET的导通电阻RON较大，可达10Ω以上，当开关电源负载波动时，必然引发功率MOSFET的压降波动，这同样影响着负载调整率。
2.2.5 变压器副边绕组电阻和高频整流管压降随负载波动而波动
这是不言而喻的，副边绕组电阻用Rw3表示，高频整流管压降用VD表示。
2.2.6 输出电压的综合变化
将以上对负载调整率有明显影响的四项加起来，可列出通常变换器型开关电源开环状态下的输出电压变化
(2)
式中：△E—负载电流由零到额定负载时，工频整流滤波直流电压E衰减百分比，可按桥式整流电容滤波 输出电压E与ωRLC关系曲线估量(见图2);
N2/N1—变压器T1原边与副边绕组之变比;
IO—输出额定电流(A);
RON——-功率开关管的导通电阻(Ω);
RT1——-变压器的内阻(Ω);
VD——-输出端整流管的压降(V)。
变压器的内阻
(3)
式中： RW1—绕组W1反射到W3的电阻(Ω);
RW3—绕组W3的电阻(Ω)。
将式(3)分别带入式(2)和式(1)，整理后得电流调整率
(4)
式中 K=10～100。按(4)式估算，可得出电流调整率Si至少大于1%，有时甚至可达10%以上。
2.3 电压调整率估算
电压调整率通常按负载不变情况下，源电压波动10%来测试。由于负载不变，源电压波动多少，输出电压也就同比例变化。设Ui变化10%时，输出直流电压Uo也会变化10%。
电压调整率可用式(5)表示。
(5)
若按K=50计算，得Su≈0.2%。
2.4 负载调整率与电压调整率的比较
计算与实践均表明，式(4)中的分子项目众多，其数值远大于(5)式中的分子，故有Si>>Su ,即负载调整率大大劣于电压调整率。在由市电供电的变换器型开关电源中，都存在这样的规律。
3 采用VIPer22A的电流控制型变换器的开关稳压电源
3.1 整体电路结构框图
采用VIPer22A的电流控制型变换器式开关电源的电路结构如图3所示。市电经整流滤波环节进入变压器和VIPer22A模块后，将直流电变换成脉宽可调的高频电，再经高频整流滤波器至输出端负载。负载端电压经反馈误差放大器放大，回馈到VIPer22A反馈端，进而调节变换器的输出脉宽，以稳定负载端电压。
图3 VIPer22A电流控制型功率变换器式开关稳压电源的电路结构框图
3.2 电压调整率极优
当市电AC220V出现波动时，变压器原边绕组中的电流幅值也会相应变化，立即显现到芯片内取样电阻RS上，过电流比较器即调节PWM脉宽，相应调节输出电压。该过程在整个稳压过程中，起着绝对主导作用。与此同时，外环的误差放大器也参与运作，使图4所示的VIPer22A芯片FB端(3脚)输入电流变化，调节功率MOSFET的栅极脉宽反向变化，从而将输出电压最大限度地恢复到外电压波动前的数值上。即源电压的波动，得到了增益很大的一阶电路电流控制模式的及时应对，就将源电压效应提升到优于0.01%的程度。
本文关键字：开关电源 开关电源技术，电源动力技术 - 开关电源技术
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