在工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備及通信電源等應(yīng)用場(chǎng)景中，多路輸出AC-DC電源需同時(shí)為數(shù)字電路、模擬電路及功率負(fù)載供電，其輸出電壓精度、交叉調(diào)整率及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)多路輸出設(shè)計(jì)常面臨交叉調(diào)整率惡化與同步整流效率沖突的難題：主輸出負(fù)載變化時(shí)，輔助輸出電壓波動(dòng)可達(dá)±10%以上;而同步整流管的強(qiáng)制開通/關(guān)斷策略可能加劇輸出耦合效應(yīng)。本文從磁路設(shè)計(jì)、反饋補(bǔ)償及數(shù)字控制算法三個(gè)維度，探討交叉調(diào)整率優(yōu)化與次級(jí)側(cè)同步整流協(xié)同控制的技術(shù)路徑。

一、多路輸出耦合機(jī)理與交叉調(diào)整率瓶頸

多路輸出AC-DC電源通常采用反激或正激拓?fù)?，其輸出耦合本質(zhì)源于變壓器漏感與繞組分布電容的相互作用。當(dāng)主輸出負(fù)載突變時(shí)，變壓器磁芯工作點(diǎn)偏移導(dǎo)致輔助繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化，形成電壓波動(dòng)。以反激式三路輸出電源為例，主輸出(12V/5A)與輔助輸出(5V/1A、3.3V/2A)的交叉調(diào)整率可達(dá)±8%，遠(yuǎn)超單路輸出的±2%指標(biāo)。

1. 傳統(tǒng)補(bǔ)償方案的局限性

獨(dú)立反饋環(huán)路：為每路輸出配置獨(dú)立光耦反饋雖能提升精度，但需增加變壓器繞組數(shù)量，導(dǎo)致漏感增加15%~20%，反而惡化交叉調(diào)整率。

線性穩(wěn)壓器后調(diào)：在輔助輸出串聯(lián)LDO雖可抑制波動(dòng)，但效率降低10%~15%，且需額外散熱設(shè)計(jì)。

加權(quán)反饋策略：將多路輸出電壓按權(quán)重疊加作為反饋信號(hào)，雖能部分改善調(diào)整率，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度下降30%以上。

2. 耦合效應(yīng)的頻域分析

通過S參數(shù)建?？山沂抉詈下窂降念l率特性：主輸出100kHz開關(guān)紋波通過變壓器繞組間電容(約100pF)耦合至輔助輸出，形成20dB@100kHz的噪聲增益。而同步整流管的快速開關(guān)動(dòng)作(上升沿<50ns)進(jìn)一步激發(fā)繞組寄生振蕩，使輔助輸出電壓過沖達(dá)15%。

二、交叉調(diào)整率優(yōu)化：磁路設(shè)計(jì)與反饋補(bǔ)償協(xié)同

優(yōu)化交叉調(diào)整率需從抑制變壓器耦合效應(yīng)與增強(qiáng)反饋環(huán)路解耦能力兩方面入手，形成“硬件隔離+軟件補(bǔ)償”的協(xié)同機(jī)制。

1. 變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)

繞組排列策略：采用“三明治”繞法(主輸出繞組夾在輔助繞組之間)，可將繞組間電容降低至50pF以下。某實(shí)驗(yàn)顯示，12V主輸出與5V輔助輸出的耦合系數(shù)從0.3降至0.12。

漏感控制技術(shù)：在繞組間插入0.1mm厚聚酰亞胺薄膜，可使漏感從3μH降至1.2μH，同時(shí)保持耦合系數(shù)穩(wěn)定。對(duì)于50W電源，漏感降低可減少主輸出電壓跌落2V。

屏蔽層設(shè)計(jì)：在原邊與副邊繞組間增加銅箔屏蔽層(接地處理)，可屏蔽80%以上的共模噪聲。測(cè)試表明，屏蔽層使輔助輸出紋波從200mV降至50mV。

2. 動(dòng)態(tài)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

跨導(dǎo)放大器(OTA)補(bǔ)償：采用雙極點(diǎn)-單零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，將反饋環(huán)路穿越頻率提升至10kHz，同時(shí)相位裕度維持在45°以上。某60W多路輸出電源采用此方案后，主輸出負(fù)載階躍時(shí)輔助輸出電壓波動(dòng)從±8%降至±3%。

數(shù)字補(bǔ)償濾波器：在數(shù)字控制器中實(shí)現(xiàn)可編程補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)負(fù)載狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整PID參數(shù)。例如，輕載時(shí)降低比例系數(shù)(Kp)以抑制超調(diào)，重載時(shí)增大積分系數(shù)(Ki)以加快響應(yīng)。

三、次級(jí)側(cè)同步整流協(xié)同控制：效率與穩(wěn)定性的平衡

同步整流(SR)技術(shù)雖能將整流損耗降低80%以上，但其強(qiáng)制開通/關(guān)斷特性可能破壞多路輸出間的功率平衡。需通過時(shí)序控制與電流均衡策略實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化。

1. 自適應(yīng)開通時(shí)序控制

傳統(tǒng)SR驅(qū)動(dòng)采用固定死區(qū)時(shí)間(通常>200ns)，但多路輸出場(chǎng)景下，輔助輸出整流管需根據(jù)主輸出狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整開通時(shí)刻。提出一種基于變壓器繞組電壓極性的自適應(yīng)控制方案：

電壓過零檢測(cè)：通過比較器監(jiān)測(cè)輔助繞組電壓，當(dāng)其超過閾值(如0.5V)時(shí)觸發(fā)SR管開通。

時(shí)序補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：在檢測(cè)電路中引入RC延遲環(huán)節(jié)(τ=50ns)，補(bǔ)償比較器傳播延遲，確保SR管在體二極管導(dǎo)通前10ns開通，將導(dǎo)通損耗降低至0.1W以下(12V/5A輸出)。

2. 電流均衡與均流控制

多路輸出同步整流需解決并聯(lián)SR管電流不均問題。采用以下均流策略：

主從控制法：指定一路SR管為主管，其余為從管，從管驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲主管50ns開通，確保電流均勻分配。某實(shí)驗(yàn)顯示，兩管并聯(lián)時(shí)電流偏差從30%降至5%。

數(shù)字均流算法：通過采樣每路SR管電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比。例如，當(dāng)某管電流超過平均值10%時(shí)，降低其占空比2%，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)均流控制。

四、協(xié)同控制架構(gòu)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1. 系統(tǒng)級(jí)控制架構(gòu)

構(gòu)建“模擬前端+數(shù)字核心”的混合控制架構(gòu)：

模擬前端：包括電壓采樣電路、跨導(dǎo)放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及SR驅(qū)動(dòng)比較器。

數(shù)字核心：采用32位MCU實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、時(shí)序控制及均流算法，采樣頻率設(shè)為1MHz以捕捉快速動(dòng)態(tài)變化。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

以48V/12V/5V三路輸出電源為例進(jìn)行測(cè)試：

交叉調(diào)整率：主輸出12V負(fù)載從10%跳變至100%時(shí)，5V輔助輸出電壓波動(dòng)從±7%降至±1.5%，滿足IEC 62368標(biāo)準(zhǔn)。

同步整流效率：采用自適應(yīng)時(shí)序控制后，SR管導(dǎo)通損耗降低65%，整機(jī)效率從92%提升至95.5%(滿載時(shí))。

動(dòng)態(tài)響應(yīng)：5V輸出負(fù)載階躍(20%~80%)時(shí)，恢復(fù)時(shí)間從500μs縮短至120μs，過沖電壓<2%。

五、應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)展望

多路輸出AC-DC電源的協(xié)同控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于：

5G基站電源：為AAU、BBU及光模塊提供多路隔離輸出，交叉調(diào)整率優(yōu)化使射頻信號(hào)誤碼率降低3個(gè)數(shù)量級(jí)。

醫(yī)療影像設(shè)備：在CT球管電源中實(shí)現(xiàn)多路高壓與低壓輸出解耦，確保圖像噪聲<0.5%。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器：通過同步整流均流控制，提升12V電源模塊并聯(lián)冗余可靠性，MTBF(平均無故障時(shí)間)突破50萬小時(shí)。

未來技術(shù)發(fā)展將聚焦于：

GaN器件集成：將SR管與控制器集成至單芯片，降低寄生參數(shù)影響，進(jìn)一步提升時(shí)序控制精度。

AI優(yōu)化算法：通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)負(fù)載變化趨勢(shì)，提前調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)與時(shí)序，實(shí)現(xiàn)“零超調(diào)”動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

無線耦合傳輸：采用磁共振耦合技術(shù)替代變壓器繞組，從根本上消除多路輸出耦合效應(yīng)，但需解決效率與功率密度平衡難題。

結(jié)語

多路輸出AC-DC電源的交叉調(diào)整率優(yōu)化與同步整流協(xié)同控制，是電力電子技術(shù)向高精度、高效率演進(jìn)的關(guān)鍵方向。通過磁路設(shè)計(jì)降耦合、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償提穩(wěn)定、時(shí)序控制保效率的三維協(xié)同，系統(tǒng)可在復(fù)雜負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)輸出電壓精度±0.5%、效率>95%的優(yōu)異性能。隨著數(shù)字控制技術(shù)與第三代半導(dǎo)體的深度融合，多路輸出電源將向更緊湊、更智能的方向發(fā)展，為工業(yè)4.0、新能源及人工智能等新興領(lǐng)域提供核心能源支撐。