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多路输出开关电源的设计及应用原则

1引言

对现代电子系统，即便是最简单的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子系统来讲，其电源电压一

般也要由＋5V，±15V或±12V等多路组成，而对较复杂的电子系统来讲，实际用到的电源电压就更多了。

目前主要由下述诸多电压组合而成：＋3.3V，＋5V，±15V，±12V，－5V，±9V，＋18V，＋24V、＋27V、

±60V、＋135V、＋300V、－200V、＋600V、＋1800V、＋3000V、＋5000V（包括一个系统中需求多个上述

相同电压供电电源）等。不同的电子系统，不仅对上述各种电压组合有严格的要求，而且对这些电源电压

的诸多电特性也有较严格的要求，如电压精度，电压的负载能力（输出电流），电压的纹波和噪声，起动

延迟，上升时间，恢复时间，电压过冲，断电延迟时间，跨步负载响应，跨步线性响应，交叉调整率，交

叉干扰等。

2多路输出电源

对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载

不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。仅就这一点来讲，

目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多

路输出开关电源框图讲起。

从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。

从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动（包括电压变动，负载变动等），在闭环的反馈控制作

用下都能保证相当高的精度（一般优于0.5％），也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。

对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：

1）T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np3

2）辅助电路的负载情况。

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3）主电路的负载情况。

注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。

图1多路输出开关电源框图

图3辅助电路加一个线性稳压调节器

在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压

精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的

这一特性，即就是交叉负载调整率。为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲

述如下。

21电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤

1）测试仪表及设备连接如图2所示。

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2）调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2⋯Sn，调节被测电源变换器各路输出电

流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。

3）调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。

4）按式（1）计算第j路的交叉负载调整率SIL。

SIL=×100％（1）

式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时，Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值；

Uj为各路输出电流为额定值时，第j路的输出电压。

根据上面的测试及计算方法可以将交叉负载调整率理解为：所有其它输出电路负载跨步变（100％－0

％时）对该路输出电压精度影响的百分比。

22多路输出开关电源

由图1原理所构成的实际开关电源，主控电路仅反馈主输出电压，其它辅助电路完全放开。此时假设主、

辅电路的功率比为1：1。从实际测量得主电路交叉负载调整率优于0.2％，而辅电路的交叉负载调整率大

于50％。无论开关电源设计者还是应用者对大于50％的交叉负载调整率都将是不能接受的。如何降低辅电

路交叉负载调整率，最直接的想法就是给辅助电路加一个线性稳压调节器（包括三端稳压器，低压差三端

稳压器）如图3所示。

从图3可知，由于引入了线性稳压调节器V，所以在辅路上附加了一部分功率损耗，功率损耗为P=(Va

ux′－Vaux1)Iaux，而要使辅电路的交叉负载调整率小，就必须有意识地增大线性调整器的电压差（Vaux′

－Vaux1），即就是要有意识增大Vaux′，其带来的缺点就是增加了电源的功率损耗，降低了电源的效率。

以图1及图3原理为基础设计和应用电源时，应注意的原则为：

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1）主电路实际使用的电流最小应为最大满输出电流的30％；

2）主电路电压精度应优于0.5％；

3）辅电路功率最好小于主电路功率的50％；

4）辅电路交叉负载调整率不大于10％。

23改进型多路输出开关电源

在很多应用场合中，要求2路输出的功率基本相当，比如±12V/05A，±15V/1A。我们通过多年的实

践，设计了如