开关电源06、课件_控制

1、开关电源的控制模式电压型控制模式电压型控制模式电流型控制模式电流型控制模式控制模式控制模式一、如何实现输出一、如何实现输出电压的要求和稳定电压的要求和稳定 单开关管单开关管BoostBoost变换器变换器ForwardForward（正正激）变换器激）变换器i0、 Vin有变化，有变化， 如何稳压如何稳压? 二、如何实现输出二、如何实现输出电压的要求和稳定电压的要求和稳定控制控制 双开关管双开关管推挽推挽（Push pull）变换器变换器半桥（半桥（Half bridge）变换变换器器电压型控制模式电压型控制模式电流型控制模式电流型控制模式控制模式控制模式三、三、开关电源的开关电源的控制模式控

2、制模式开关稳压电源的传统控制模式。它对输出电压采样并作开关稳压电源的传统控制模式。它对输出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制为反馈信号实现闭环控制, ,以稳定输出电压。以稳定输出电压。电压型控制模式电压型控制模式时钟到来锁存器输出时钟到来锁存器输出Q Q为高为高, ,开通开通VTVTR R到来到来( (高电平），高电平），Q Q复位为低复位为低 , ,关断关断VTVT误差放大器误差放大器U Ue e = K= K( (U U ref ref - U - U 0 0) ) 比较器比较器U UR R U Ue e输出高电平输出高电平, ,经锁存器关断经锁存器关断VTVT U UR R U Ue e

3、输出低电平输出低电平产生时钟信号和产生时钟信号和三角波信号三角波信号U UR R 调节过程为调节过程为: : （U U in或或 i0 0 ） U U 0 0 U U e e = K(= K(U U ref ref - U - U 0 0)图中图中U U e e直线下降直线下降 TonTonU U 0 0A B CA B C3525电压型控制模式缺点：电压型控制模式缺点：n开关电源的电流流经电感开关电源的电流流经电感, ,将使滤波电容上的电压信号对电流信将使滤波电容上的电压信号对电流信号产生号产生9090延迟延迟。而对于整个稳压电源系统来说而对于整个稳压电源系统来说, , 实际上需要不实际上需

4、要不断调节的是电感电流断调节的是电感电流, , 以适应输入电压和负载的变化而保持输出以适应输入电压和负载的变化而保持输出电压恒定的要求。这种采样输出电压调节输入电流的方法电压恒定的要求。这种采样输出电压调节输入电流的方法, , 响应响应速度慢。速度慢。n在控制过程中在控制过程中, ,电源电路中的电感电流未参与控制电源电路中的电感电流未参与控制, ,是独立变量是独立变量, ,开关变换器为二阶系统开关变换器为二阶系统, ,有两个状态变量有两个状态变量, ,即输出滤波电容的电压即输出滤波电容的电压和电感的电流。二阶系统是一个有条件的稳定系统和电感的电流。二阶系统是一个有条件的稳定系统, ,必须对控制

5、必须对控制电路进行精心设计和计算。电路进行精心设计和计算。电压型控制模式优点：电压型控制模式优点：n在电压型控制模式只有一个控制环，硬在电压型控制模式只有一个控制环，硬件设计、分析简单，应用于对电源性能件设计、分析简单，应用于对电源性能要求不高的场合。要求不高的场合。针对电压型控制的缺点针对电压型控制的缺点, , 最近十几年发展起来了电流型最近十几年发展起来了电流型控制技术。电流控制型开关变换器正是在传统的电压控控制技术。电流控制型开关变换器正是在传统的电压控制型的基础上制型的基础上, , 增加了一个内环增加了一个内环电流反馈环电流反馈环, , 使其成使其成为一个双环控制系统为一个双环控制系统

6、, , 让电感上的电流不再是一个独立让电感上的电流不再是一个独立变量变量, , 从而使开关变换器的二阶模型去掉了电感电流而从而使开关变换器的二阶模型去掉了电感电流而成为一阶系统。成为一阶系统。电流型控制模式电流型控制模式时钟以固定频率发送脉冲时钟以固定频率发送脉冲, , 脉冲到来时脉冲到来时, ,锁存器置锁存器置1, 1, 功率开功率开关管导通关管导通, , 变压器原边电流上升。当上升到由电压误差信号变压器原边电流上升。当上升到由电压误差信号U e U e 决定的门槛值时决定的门槛值时, ,比较器比较器N N输出高电平输出高电平, , 锁存器复位锁存器复位, , 功功率管关断率管关断, , 直

7、到下一个时钟脉冲的到来。直到下一个时钟脉冲的到来。 调节过程为调节过程为: : U U 0 0 U U e e = K(= K(U U ref ref - U - U 0 0)Ton)TonU U 0 0U U inin ( (U U inin/ /L L ) ) U U s s 上升斜率上升斜率 TonTonU o U o 电压外环电流内环的双闭环结构电流型控制比电压型控制有许多优点电流型控制比电压型控制有许多优点, , 归纳起来归纳起来主要有以下几点主要有以下几点: : n对输入电压变化的响应快对输入电压变化的响应快n过流保护和可并联性过流保护和可并联性n负载响应快负载响应快n避免直流偏磁

8、避免直流偏磁对输入电压变化的响应快对输入电压变化的响应快n电源输入电压的变化电源输入电压的变化, , 必然会引起变压器初级电流上升必然会引起变压器初级电流上升的斜率的变化的斜率的变化, , 电流控制回路就动作电流控制回路就动作, , 使得脉冲宽度发使得脉冲宽度发生改变生改变, , 保证输出电压的稳定。而在电压型控制电路中保证输出电压的稳定。而在电压型控制电路中, , 检测电路对输入电压的变化没有直接的反应检测电路对输入电压的变化没有直接的反应, , 一直要等一直要等到输出电压发生一定的变化后到输出电压发生一定的变化后, , 才会去调节脉冲宽度。才会去调节脉冲宽度。一般电压型控制要一般电压型控制

9、要5 5 10 10 周才能响应输入电压的变化。周才能响应输入电压的变化。过流保护和可并联性过流保护和可并联性n过流保护过流保护: :内环采用了电感峰值电流检测技术内环采用了电感峰值电流检测技术, ,可以及时、可以及时、准确检测开关管和变压器中的瞬时电流。只要给定限制电准确检测开关管和变压器中的瞬时电流。只要给定限制电流流, , 就可以准确地限制流过开关管和变压器中的最大电流就可以准确地限制流过开关管和变压器中的最大电流, , 从而在输出过载或短路时保护了开关管和变压器。同时，从而在输出过载或短路时保护了开关管和变压器。同时，可以在设计开关电源时不必给开关管和变压器留有较大的可以在设计开关电源

10、时不必给开关管和变压器留有较大的裕量裕量, , 在保证可靠性的前提下在保证可靠性的前提下, , 尽可能降低成本。尽可能降低成本。n并联均流并联均流: :多台开关电源并联运行时多台开关电源并联运行时, , 每台电源都有独立的每台电源都有独立的电流负反馈电流负反馈, , 这样就可以实现多台开关电源之间并联均流。这样就可以实现多台开关电源之间并联均流。这在当今电源规格要求繁多、电子设备整机可靠性要求提这在当今电源规格要求繁多、电子设备整机可靠性要求提高的形势下高的形势下, , 为模块化电源系统和电源冗余结构设计提供为模块化电源系统和电源冗余结构设计提供了捷径。了捷径。n电流型控制模式电感上的电流不再

11、是一电流型控制模式电感上的电流不再是一个独立变量个独立变量, , 从而使开关变换器的二阶从而使开关变换器的二阶模型去掉了电感电流而成为一阶系统。模型去掉了电感电流而成为一阶系统。 负载响应快负载响应快电流型控制的缺点电流型控制的缺点n需要斜坡补偿。在占需要斜坡补偿。在占空空比比50%50%时会产生次谐波振荡，造时会产生次谐波振荡，造成不稳定。通常在比较器输入端输入一个补偿斜坡来消成不稳定。通常在比较器输入端输入一个补偿斜坡来消除不稳定。除不稳定。控制模式控制模式控制方法不但具有电流型控制方法的输入电压动态响控制方法不但具有电流型控制方法的输入电压动态响应速度快、闭环系统稳定性高等优点，而且对负载的变应速度快、闭环系统稳定性高等优点，而且对负载的变化具有超快的响应速度。化具有超快的响应速度。控制方法由于具有对变化的超快响应速度，有望成为控制方法由于具有对变化的超快响应速度，有望成为新一代电源的首选控制方法。新一代电源的首选控制方法。可以看出，可以看出，控制方法与电流型控制方法的区别在于：控制方法与电流型控制方法的区别在于： 控制方法用滤波电容电压采样代替了电流型控制方法中比较控制方法用滤波电容电压采样代替了电流型控制方法中比较器的电流采样，输出电压