探討開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)

【摘要】在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)型穩(wěn)壓電源是通過移相對來全橋DC/DC進(jìn)行小信號的交換。根據(jù)其自身系統(tǒng)的特性來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。筆者根據(jù)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)過程驗(yàn)證，對開關(guān)型穩(wěn)壓電源進(jìn)行相關(guān)的電路設(shè)計(jì)闡述，以供讀者參考。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)型 直流穩(wěn)壓電源 探究 電路設(shè)計(jì)

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0163-02

在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與技術(shù)革新下，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源以其自身的工作表現(xiàn)與其可靠性成為我國電力系統(tǒng)中廣泛使用的一種設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源自重輕，工作內(nèi)故障低，工作效率高，且其性價(jià)比占優(yōu)勢，并具有功耗曉得良好表現(xiàn)。相比于其他開關(guān)型電源，開關(guān)型穩(wěn)壓電源應(yīng)用范圍廣，競爭力強(qiáng)，特別是對于粒子加速器等電源應(yīng)用范圍來說，開關(guān)型穩(wěn)壓電源具有著良好的專業(yè)性與穩(wěn)定性。通過對于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研讀與相關(guān)的影響因素分析，目前此類技術(shù)研究區(qū)域人員都是采用移相控制橋來對DC/DC變換小信號模式進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)。

1.對于動態(tài)小信號模型的相關(guān)闡述

對于動態(tài)小信號模型來說，不同的模型選取進(jìn)而得到的設(shè)計(jì)結(jié)果都會存在差異。所以，在模型的選取上，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行分析與配置。對于開關(guān)電源來說，其本質(zhì)是作為一個(gè)非線性的控制對象在進(jìn)行工作，如果要對其進(jìn)行成功的設(shè)計(jì)與分析，那么在進(jìn)行指導(dǎo)建模時(shí)，應(yīng)以近似建立在其穩(wěn)態(tài)時(shí)的小信號擾動模型為依據(jù)。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩(wěn)態(tài)時(shí)具有與設(shè)計(jì)目標(biāo)相近的工作表現(xiàn)；另一方面也是由于這樣的模型對于大范圍擾動時(shí)的擬態(tài)不夠精準(zhǔn)，會造成相應(yīng)結(jié)論的誤差或偏差。基于此，以小信號擾動模型來進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)是保證其最終設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求的必要條件。

2.開關(guān)型穩(wěn)壓電源的相關(guān)性能指標(biāo)

2.1性能指標(biāo)之穩(wěn)定性。通過相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)踐結(jié)果研究表明，在不同的開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)下，會產(chǎn)生不同程度的魯棒性。而在暫態(tài)特性方面，其表現(xiàn)也會相應(yīng)提高。但對于直流新穩(wěn)壓電源來說，其系統(tǒng)下對于增益余量的要求是大于或等于40dB，對于相位余量的要求則是大于或等于30dB。

2.2性能指標(biāo)之瞬間響應(yīng)指標(biāo)。當(dāng)開關(guān)電源處于非穩(wěn)定狀態(tài)下，由于其所受的干擾，輸出量會出現(xiàn)相應(yīng)的抖動現(xiàn)象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當(dāng)干擾停止時(shí)，則其最終也會回到穩(wěn)定值，基于此，在對開關(guān)型穩(wěn)壓電源進(jìn)行這方面的性能指標(biāo)確定時(shí)，是以過沖幅度與動態(tài)恢復(fù)時(shí)間的長短來衡量其系統(tǒng)的動態(tài)特性的。在此定義下，瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)內(nèi)容主要是表現(xiàn)為，如果穿越頻率越高，則其系統(tǒng)恢復(fù)到動態(tài)平衡點(diǎn)的時(shí)間就越短，另一方面，系統(tǒng)在干擾情況下所表現(xiàn)的過沖幅度與其相位余量呈相關(guān)性。

2.3性能指標(biāo)之電源精度。在電源精度方面，其控制要求嚴(yán)格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設(shè)計(jì)目標(biāo)的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上?？紤]到紋波自身的分類有高頻與低頻兩種，而這兩種紋波是基于開頭頻率表現(xiàn)的。如高頻紋波就是受到開頭頻率的影響，必須通過濾波器進(jìn)行控制。而低頻紋波則是受到電網(wǎng)波動的影響，必須通過系統(tǒng)的負(fù)反饋來進(jìn)行控制。

3.關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)

3.1關(guān)于系統(tǒng)下的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用。目前來說，對于開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)來說，其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是通過PI或者PID的算法來設(shè)計(jì)與制作的。也就是說，PI調(diào)節(jié)器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統(tǒng)對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調(diào)節(jié)器來說，動態(tài)性差的缺點(diǎn)是無法忽視的。目前來說，實(shí)際應(yīng)用中通過引入微分算法后可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但其缺點(diǎn)也顯而易見：一方面是由于零點(diǎn)的大量引入直接造成系統(tǒng)對于高頻信號的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；另一方面則是當(dāng)開關(guān)紋波的放大倍數(shù)得到增大時(shí)，放大器也會隨之進(jìn)入非線性區(qū)，這結(jié)果只會造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。目前來說，對于這些缺陷是以超前滯后的方法來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?/p>

3.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)原理

3.2.1理想性技術(shù)指標(biāo)如下：（1）輸入交流：電壓220V（50—60Hz）；（2）輸出直流：電壓5V，輸出電流3A；輸入交流電壓在180—250V區(qū)間變化時(shí)，輸出電壓相對變化量應(yīng)小于2%；（4）輸出電阻R0<0.1歐；（5）輸出最大紋波電壓<10mv。

3.2.2關(guān)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本工作原理。當(dāng)線性自流穩(wěn)壓電源處于低頻率工作狀態(tài)下時(shí)，那么調(diào)整管的工作由于其體積大，則其效率相應(yīng)低，但當(dāng)其調(diào)整管工作處于開關(guān)狀態(tài)下時(shí)，那么其的工作表現(xiàn)就為體積小，效率高。

3.3開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)探究。從以上論述可以看出，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)其低功耗的特點(diǎn)是由于晶體管位于開關(guān)工作狀態(tài)下時(shí)，對于功率調(diào)整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態(tài)下的晶體管來說，當(dāng)其處于一種截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，晶體管所經(jīng)過的電流為0，相應(yīng)的功耗也就為0；另一方面，由于開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穿越頻率較高，所以對于電路的動態(tài)響應(yīng)速度得以提高，而且整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度不受低通濾波器的影響；另外，相對于直流470V的電壓來說，并環(huán)穿越頻率遠(yuǎn)未達(dá)到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩(wěn)定性方式，經(jīng)過測試，其低頻紋波穩(wěn)定率都在0.996以上，完全滿足了設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)時(shí)，小信號的模型選擇是關(guān)鍵點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高開關(guān)型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，超前滯后網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償原理有效地彌補(bǔ)了精度電源的紋波限制高的問題。通過實(shí)踐也表明，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的適用性非常強(qiáng)，必將為人們生活提供更好的服務(wù)。

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作者簡介：

孫麗華（1991.1—），女，海南樂東人，學(xué)士學(xué)位，研究方向：物理學(xué)。endprint