由芯片產品構成的分布式電源適配器系統

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由芯片產品構成的分布式電源適配器系統

如下圖所示為一個傳統的離線式多路輸出電源適配器。交流電被整流電路整流（有的電路使用功率因素校正，有的電路不使用），然后利用某種拓撲電路（半橋、全橋、正激或反激變換器）產生一個精確控制的以輸出地為參考的主輸出電壓。該主輸出一般為最大電流的輸出，輸出電壓通常為+5V，因為它接有反饋環電路，能及時調整輸入開關管的導通時間，所以它能很好地對網壓和負載電流的變化進行調節。
通過增加變壓器次級繞組的數量得到輔助輸出（也稱輔輸出），選擇合適的次級繞組匝數以得到所要求的輔助輸出直流電壓。由于輔助次級輸出與主次級輸出變換器開關時間相同所以經各自LC濾波器輸出的輔助直流電壓也能很好地適應網壓變化。
但輔助輸出并不能很好地適應主輸出或其自身負載電流的變化，其對負載變化的調整率一般只能達到±5%~8%。若允許主輸出或輔助輸出的電感進入不連續工作模式，則對負載變化的調整率只能達到50%。另外，因為輔助輸出最小的改變也要增加或減少一匝次級繞組，所以輔助輸出的直流電壓不能精確設計。由法拉第定律

可知，每匝伏數與開關頻率成比例，高頻下根據磁密和鐵心面積不同，每匝伏數E／N的值可能達到2~3V。
這些輔助輸出電壓在位置上離主功率變壓器很近，并用導線連接到其使用位置。
一般來說因為輔助輸出繞組往往用來給運放或計算機外圍設備的電動機供電，它們均能耐受較大的輸出電壓波動，所以輔助輸出電壓對網壓和負載變化調整率較差以及不能精確設定直流輸出電壓的值也并非大問題。

但如果要求輔助輸出有精確電壓輸出和良好調整率時，就必須對輔助輸出使用獨立反饋環控制。常用的做法是：需要較小電流輸出時，在較差調整的輔助輸出后級接線性調整器；需要較大電流時接Buck調整器或磁性放大器。
因為分布式電源適配器解決了輔助輸出電壓難以精確控制的問題，并且還有其他一些明顯的優點，所以分布式電源適配器可以替代傳統多路輸出電源適配器。圖所示為分布式電源適配器的一種拓撲結構。
分布式電源適配器的優勢在于產生了一個集中的直流母線電壓（并不需要精確調節），它可向有需要的位置供電，然后接調節性能良好的DC／DC變換器芯片—Buck、Boot或極性轉換變換器（將它轉換為所需的電壓）。前述的LTC公司和 Maxim公司的芯片是這種分布式電源適配器設計的很好選擇。
如圖所示的一種分布式電源適配器電路就具有以下許多優點。在圖中，提供最大電流的輸出端電壓一般是+5V，直接由主功率變壓器產生，并且這個主功率變壓器只有一個次級。它由反饋環控制，在輸出端采樣，控制輸入端的功率品體管的導通時間。所有其他的輸出由 Boost變換器或極性轉換變換器得到，每個輔助輸出都有自己的反饋環。在圖中，所有的輔助輸出都由LTc1174 Boost變換器產生，它的優點如下。

（a）傳統的多路輸出電源適配器電路。主輸出（輸出電流最高的）接有反饋環電路，對網壓和負載波動進行調整。功率變壓器次級其他繞組構成輔輸出，它們可以很好地對網壓波動進行調整，但對負載波動調整率只有±8%。（b）分布式電源適配器電路。變壓器只有一個次級，它可以很好地對網壓和負載的波動進行調節。利用標準的DC／DC變換器如Boot、Buck或極性轉換變換器，將變壓器次級輸出電壓轉換為所需的多組輔輸出電壓。主輸出甚至可能不需要初級功率開關管的PWM控制。開關管僅工作于固定的導通時間，在很小的輸出電流下主輸出的調整通過自帶的DC／DC變換器實現。

①主功率變壓器比較簡單且成本較低。15W電源適配器功率變壓器通常都是開關電源適配器中體積最大、價格最高的元件。變壓器次級繞組個數越少，就越容易滿足VDE安全指標。
②改變變壓器的電氣參數比較簡單。在圖所示的傳統方案中，變壓器的最初設計常常需要經過反復修改，有些繞組需要增加匝數、又有些繞組需要減少匝數。在初始的設計中，漏感和勵磁電感也可能不適合，可能要改變繞組的繞線順序，以改善繞組間的耦合或減小集膚效應的損耗。在圖所示的電路，每個輔助輸出模塊都有自己的反饋環，由于輸出電壓恒定（輸出電壓與輸入電壓比為3：1左右），輸入電壓稍有波動也不會有問題。
③要改變輸出電壓和電流很容易，且不需要改變主功率變壓器的設計。
④在一個大的系統設計中，常常需要在設計后期增加幾個新的輔助輸出電壓。而在這種分布式電源適配器系統中，要增加新的輸出電壓很容易。
⑤可能完全消除主輸出的反饋環，這可避免由檢測輸出電壓以及控制輸入端脈沖寬度所引起的所有問題，并且這樣可以不使用增益隨溫度變化的光電耦合器及其所需的小功率輔助電源適配器，也可不使用將輸出端信號耦合到輸入端控制功率晶體管的耦合變壓器。
所有以上優點的獲得都可通過在次級輸出一個大約為+20~+24V的非精確調節的電壓，然后將其連接到所需要的位置，再通過標準的Buck變換器，如高效率的LT1070A或LTC159等芯片產生一個+5V的大電流輸出端口；同時可通過小功率的LT074型Buck芯片降壓產生低電流的輔助輸出端口。
這種電路只需調整次級而不需要對功率晶體管進行脈寬調制，一般設定脈寬不變，約為半周期的85%，并且在次級只需要使用整流器和單電容濾波即可。由網壓和負載變化造成的未精確調節的直流電壓的波動和濾波電容的紋波可由次級調整器進行調節。
一般來說，在分布式電源適配器系統中，最好選用相對較高的母線電壓，如+20~+25V，然后將其降到所需電壓值，而不是采用+5V低母線電壓再升到較高電壓值。+5V母線電壓只在同時要求+5V大電流輸出（如10~100A）時才采用，因為這樣的大電流輸出一般不采用DC／DC變換器。
雖然定制電源適配器電路可能較貴，且在一定程度上由于能量的兩級調節而功率損耗較大，但以上談到的優點和能方便獲得電源適配器多組輸出的特點將彌補這一不足。

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