NEST037 December 2018 UCC28742 , UCC28750
需要多重輸出電壓的系統通常採用返馳式轉換器。對多重輸出返馳式轉換器而言，同時維持所有輸出電壓的良好穩壓是一大挑戰。
用電訣竅 #78 探索了關於如何使用同步整流器改善輸出電壓間交互穩壓的資訊。同步整流器可平衡輸出電壓，但權衡的關鍵在於繞組中的均方根 (RMS) 電流較高，而處於低負載時效率較低。在此用電訣竅中，我將繼續探討能產生相同幅度正負輸出的特殊情況。在此情況下，適當配置單一電容器可改善所有負載條件的交互穩壓。
圖 1 顯示在正常配置下 48-V 轉 ±12-V 供應器的精簡電路圖。如要實作此處建議的技術，您必須如 圖 1 所示先將次級連線隨機化，方法是將電容器 C3 和二極管 D2 從次級繞組的低側移至高側。此外，請注意兩個變壓器次要繞組已不再共用一般連線。除了新增的電容器 C3 外， 圖 1 在電氣方面與 圖 1 等效。
圖 1 雙輸出返馳電源供應的一般配置 (a)；如圖所示，重新配置與新增電容器可改善交互穩壓 (b)。圖 2A 顯示當 Q1 關閉且 D1 與 D2 正在同時運作時的電路狀態。在此狀態下，變壓器會透過次要繞組將能量傳送至兩個輸出。請注意，C3 與 +12-V 輸出並聯，因此會充電至相同的電壓電平。
圖 2B 顯示當 Q1 開啟，且 D1 與 D2 皆為反向偏壓並處於關閉狀態時的電路狀態。在此狀態下，當主要繞組從輸入電壓充電時，能量會以磁性方式儲存在變壓器中。在此狀態下，只要兩個次級繞組的圈數相同，C3 中的電壓就等於 −12-V 輸出的幅度，如 圖 2B 中顯示方程式所述。當電路在這兩個狀態之間交替時，電容器 C3 可當成電荷泵使用，協助維持兩種輸出電壓的平衡幅度。這種電荷泵效應可補償電路中寄生元件引起的電壓失衡。如果兩個次級繞組的圈數不同，此技術將不起作用。
圖 2 電路的兩種狀態：Q1 關閉、D1 與 D2 開啟 (A)；Q1 開啟、D1 與 D2 關閉 (b)。圖 3 顯示一次與和二次繞組上洩漏電感建模的類比電路圖。如用電訣竅 #78 所述，這些洩漏電感會導致巨大的穩壓差異。一次繞組上的洩漏電感會導致短時持續電壓基底出現在一次繞組上，其會與整個次要繞組耦合。二次繞組的洩漏電感會降低兩個輸出電壓間的耦合。
圖 3 研究洩漏電感對輸出電壓穩壓所造成影響的類比模型電路圖。圖 4 說明以 1 A 載入 +12-V 輸出和以 10 mA 載入 −12-V 輸出時，輸出二極體中的電壓與電流波形。新增 1-μF 電容器 C3 不僅能保持兩個輸出的良好耦合，還能篩選因一次繞組洩漏而產生的電壓基底效應。請注意，負載較輕的 −12-V 輸出二極體電壓會產生微小振盪。此振盪是由由與電容器 C3 共振的洩漏電感引起，並導致 −12-V 輸出二極體的傳導相移。電流波形的形狀十分有趣，這是因為 −12-V 電流可維持三角形狀，並從 +12-V 二次繞組電流減去。
圖 4 輸出二極體上的電壓和電流波形，+12-V 輸出負載於 1 A，-12 V 負載於 10 mA。圖 5 圖表顯示新增電容器對穩壓的影響。在此圖表中，顯示無論是否新增電容器，皆可在兩個輸出上以不同負載條件繪製模擬。
若未使用電容器，−12-V 輸出電壓會大幅上升，這是因為 −12-V 負載會降至零。兩個輸出採用電容器後，便能在整個負載範圍 3% 內相互追蹤。這些結果類似於使用同步整流器取得的結果 , 如用電訣竅 #78 中所述，但未因有增加 RMS 繞組電流而產生任何損失，且幾乎沒有增加任何成本或複雜性。
圖 5 模擬結果顯示新增單一電容器如何大幅改善交互穩壓。總結來說，寄生洩漏電感可減少多重輸出電源供應器中的穩壓作業。在等幅度雙正負輸出的電源供應器中，新增單一電容器可大幅改善穩壓情形。
在輸出電壓幅度不同的多個輸出電源中，使用同步整流器可能是改善交互穩壓的最佳方法。
下次設計雙輸出電源供應器時，請考慮執行此簡易技術以改善設計性能。
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