利用软齐纳钳位电路实现节能

作者：John Betten，德州仪器 (ti) 应用工程师兼资深实验室研究员
因其低成本、隔离性以及可以实施更多输出电压的方便性，反向转换器广受欢迎。就多输出反向而言，可利用控制电路反馈来严格稳压一个输出电压（一般为最高功率输出）。我们一般通过将变压器绕组与主稳压绕组紧密耦合，来添加额外的输出。我们可能会添加一些线性稳压器或 DC/DC 开关，或者不对输出进行稳压。最后一种选项最为有效，但很多时候在输出重或轻负载而主输出电压的负载却相反时，电压稳压承受巨大的负担。这种交叉稳压问题主要取决于变压器漏电和绕组结构，也取决于其它寄生电路组件。许多极端情况中的一种是主输出重负载，而未稳压绕组完全空负载。变压器次级绕组上出现的任何电压振铃通常都由输出整流器来峰值检测，从而使未稳压输出电压极大增加。这种情况下，输出电压升至两倍其额定电压并不鲜见。这对于无法承受更高电压或者没有随时让最小负载消耗漏能量的任何下游负载来说，这都是灾难性的。
有几款解决方案可以补救这种无负载过压状态。最简单的方法是以电阻的形式给未稳压输出添加一个预负载。这样会使输出具有负载，让其足够消耗漏能量，并将输出电压降至一个可以接受的电平。不幸的是，这种负载会始终出现，从而带来一般被认为是不可接受的效率损失。
第二种选项是只给未稳压输出添加一个齐纳二极管。在包括典型的 5% 或 10% 组件容限以后，二极管电压额定值的设定必须高于额定输出电压。这就意味着，在输出电压升至足够高以前，该二极管将不会导电或消耗功率。尽管这看来起好像是一种理想的解决方案，但仍然存在一些潜在问题。一旦齐纳二极管导电，其阻抗便极大下降，对电流的电阻作用变得几乎没有。进入二极管的电流以及其内消耗的功率，均由寄生电路组件决定，因此难以控制。高功耗转换器可能会吸取大电流，从而会容易毁坏齐纳二极管。因此，添加一个小型齐纳二极管要冒风险，并且很难计算功耗。
另一种选择是使用一个缓冲器来消耗漏能量。相比使用一个预负载电阻，这样做一般会消耗更多的功率，并且不能始终提供稳定的输出无负载降压。
软钳位电路由一个与齐纳二极管串联的电阻器组成，是一款很好的折中方案。它可以将未稳压输出电压控制在一定水平，其低于未钳制输出电压但高于单独使用齐纳二极管的电压水平。要确定电阻的值，需要利用足够的电流让输出负载，以将高输出电压降至理想安全水平。图 1 显示了一个理想无负载输出电压为 7.4V 的例子。该电压减去齐纳二极管的额定电压，所得结果再除以预负载电流，可得到串联电阻器的值。这种电路的好处是其并不消耗运行中常见的负载功率。在一些极端交叉负载状态下，这种电路将"逸出"输出电压钳制到一个更具可预测性的水平。

图 1 电阻齐纳二极管为无负载输出电压提供软钳位控制