什么是交叉调整率？怎么改善？

本期内容    

生活中多路输出电源应用广泛，但是多路输出电源的交叉调整率是个头疼的问题。今天，我们就来讨论一下交叉调整率的改善之道！

如今，随着产品功能的丰富、系统结构的复杂和电源体积的限制，越来越多的场景需要多种不同的电压供电。因为电源结构简单、易于输出扩展，多路反激受到很大关注。

00      什么是交叉调整率？

在多路输出的开关电源里面，利用变压器的耦合关系，通过增加变压器绕组的数量，在同一个磁回路上分摊其能量，来满足多路的、不同电压的电源输出。

由于变压器漏感以及寄生参数的存在，当其他路带载时，对某一路输出电压会有一定影响。通常情况下，当主路输出满载，辅路输出轻载时，辅路输出电压将上升。当主路输出轻载，辅路输出满载时，辅路输出电压将下降。

那么交叉调整率概念公式如下所示：

S=∆Vo/Vo∙100% （最大电压变化量与其对应的额定电压的百分比）

01      交叉调整率改善之道其一：降低漏感法

利用绕组间的互感耦合传递能量，由于漏感存在，在现实当中变压器的耦合系数不能做到1。副边绕组与副边绕组间的耦合不完全，造成LK1与LK2漏感大小不一样，就会导致两路分配到的电流不一致。

变压器漏感是交叉调整率的根源，那么优化交叉调整率的核心是——降低漏感。

1. 从变压器绕法入手，采用三明治绕法，使绕组间耦合更好。理论上来讲绕组交叠越多，耦合越好，漏感越小。

图2：降低漏感法1

2. 多路输出电源副边绕组之间的漏感也会对交叉调整率带来较大影响。那么可以采用副边绕组并绕，副边绕组之间三明治绕法等方式来降低副边绕组之间的漏感，改善交叉调整率。

图3：降低漏感法2

02      交叉调整率改善之道其二：加权反馈法

它的原理在于牺牲一部分主输出绕组的调整率，来增加另一路输出绕组的调整率。

图4：加权反馈法

根据如下公式可以看出，如果I3>I4，则Vo1在反馈中占据主要成分。在稳态条件下，Vo1的调整率会好于Vo2的调整率。

Vf=I∙R2

I3=K1*I=(Vo1-Vf)/R3，K1为Vo1路权重

I4=K2*I=(Vo2-Vf)/R4，K2为Vo2路权重，K1+K2=1

在多路输出的设计中分配原则是：主功率输出路应该分配到相对大的采样电流。那么可以根据两路输出的权重比来计算出采样电阻的值。

其中，加权法优点在于：

线路简单，方便实现

可自由选择精度最好的一组

同样缺点有：

不适合对输出要求精度高的场合

仅用于副边相互不隔离的应用

不能两路输出同时得到改善

03      交叉调整率改善之道其三：堆栈法

堆栈法仅是次级输出的一种结构，可以和加权法等结合应用。堆栈法可分为直流叠加和交流叠加两种。

图5：堆栈法

堆栈法的交流叠加输出具有如下优点：

调整率相比于独立绕组改善可观

绕组的圈数减少

同样缺点也存在：

低压绕组的线径承受的电流是两个输出的总和

不能适用于负电压输出场合

直流叠加相比于交流叠加具有如下优点：

减少二极管D2的应力

同样缺点也存在：

低压绕组的线径和整流二极管D3承受的电流是两个输出的总和

04      交叉调整率改善之道其四：二次稳压法

在对于系统输出精度较高的电路中同时功率也不是很大，可以在输出中增加LDO、DCDC等电路来满足电源需求。

图6：二次稳压法

LDO的价格相对便宜，但这种策略也有局限，当电路的输出电流很大时，就会增加很大一部分的损耗，影响到器件的效率和可靠性。

DCDC电路在如今使用较多，它具有较高的精度，较高的效率。但是成本也会相对的增加。

05      交叉调整率改善之道其五：假负载法

假负载法主要用于改善轻载时的交叉调整率，并且会有不错的效果，同样带来的问题就是空载损耗的增加。使用此方法时要注意空载损耗是否符合样机的规格标准。

图7：假负载法