开关变换器数字控制技术(周国华,许建平著)思维导图

电气工程师如何看懂万能转换开关及其接线图转换开关是一种可用于两路或两路以上电源、负载转换作用的开关电器。

其类型有多种，有电流转换开关，电压转换开关，电容转换开关等。

简单说，打到哪个档位，哪几个点接通，哪几个点断开。

（1）详细看其正面我们看到上面有'1''0''2'三个数字，这是其档位，我们就可以知道这个转换开关有'3'个档位（值得注意的是，这里的1,0,2并没有实质的意义，也可以定制成其他的字母，数字，文字等，比如常用的'手动''停止''自动'三个档位）（2）详细看其侧面我们可以看到有阿拉伯数字，这是接线端子，怎么看？数字靠近哪边，哪边就是其接线端子的编号。

例子：如下图，先看上面一排端子，从左到右是'9''5''1'号端子，下面一排也一样，从左到右是'11''7''3'。

（3）看它的触头接线图1.下图我们看到有'档位'和'触点''档位'即上述说的'1''0''2''触点'即上述说的接线端子编号2.看图还有些'X',表示'接通'3.例子：当转换开关打到'1'档，我们看'1'档这一竖的'X'，'1-2'，'5-6''9-10'这几对接线端子接通，即1和2接通，5和6接通，9和10接通。

当转换开关打到'0'档，我们看'0'档这一竖的'X'，然而并没有'X'，所以打到这个档位，所有触点均断开。

当转换开关打到'2'档，我们看'2'档这一竖的'X'，'3-4'，'7-8''11-12'这几对接线端子接通，即3和4接通，7和8接通，11和12接通。

现代电子技术Modern Electronics TechniqueFeb. 2024Vol. 47 No. 42024年2月15日第47卷第4期0 引 言开关电源有电压和电流两种控制模式。

电压控制模式通过检测输出电压，使得输出电压在各种负载条件下保持稳定。

电流模式有两个反馈环：一是检测输出电压的电压外环；另一个是检测开关管电流且具有逐周期限流功能的电流内环[1]。

相较于电压控制模式，电流控制模式具有响应快、抑制偏磁能力强、简化反馈环路设计等优点[2⁃4]。

峰值电流模式在占空比大于0.5和连续电感电流条件下，会产生次谐波振荡，这种不稳定性与电源的闭环特性无关[5⁃7]，应用斜率补偿技术可以消除次谐波振荡。

斜率补偿电路分为上斜率补偿和下斜率补偿两种方式，二者在原理上是一致的，但因为上斜率补偿在电路上更易实现，因此实际电路中大多采用上斜率补偿[8⁃11]，本文介绍的补偿电路也属于上斜率补偿。

若选择的电源管理芯片自带斜率补偿电路，则无需考虑自行设计斜率补偿电路。

本文简要分析了电源自带的斜率补偿电路和选择管理芯片频率脚的斜率补偿电路，最后提出一种改进的适用于半桥电路的新型斜率补偿电路。

本文给出了该新型斜率补偿电路的详细计算方法，为电源的斜率补偿参数设计提供一定参考。

1 次谐波振荡图1所示为电感电流波形。

图中：I R 为设定的电感电流峰值；m 1和m 2分别为电感电流的上升和下降斜率。

当输入电压发生变化或因为某种原因会产生初始扰动电流Δi 0，经过一个周期T s 后，扰动电流为：Δi 1=-m1m 2Δi 0（1）DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2024.04.009引用格式：刘威，蒋林，艾建，等.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路[J].现代电子技术，2024，47（4）：43⁃47.一种应用于半桥拓扑的斜率补偿电路刘 威， 蒋 林， 艾 建， 任 毅（西南石油大学 电气信息学院， 四川 成都 610500）摘 要： 针对在峰值电流控制模式下半桥型开关电源存在次谐波振荡的问题，提出一种新型斜率补偿电路。

− 1 −近年来，数字控制技术在电源中得到迅速的发展，各种在模拟电路中难以实现的现代控制方法开始应用于电源的控制中。

数字信号处理器（DSP ）的发展，使数字式的开关电源能达到较高的开关频率。

相对模拟系统而言，数字系统在开关电源中具有设计周期短、灵活多变、易实现模块化管理、能够消除由离散元件引起的不稳定和电磁干扰等优点。

因此，数字电源在高精度电源中的应用越来越广泛，成为现代电源技术发展的一个重要方向。

1.1.11．数字电源的定义 目前，数字电源有多种定义。

定义1：通过数字接口控制的开关电源（它强调的是数字电源的“通信”功能）。

定义2：具有数字控制功能的开关电源（它强调的是数字电源的“数控”功能）。

定义3：具有数字监测功能的开关电源（它强调的是数字电源对温度等参数的“监测”功能）。

上述3种定义的共同特点是“模拟开关电源的改造升级”，所强调的是“电源控制”，其控制对象主要是开关电源的外特性。

定义4：以数字信号处理器或微控制器（MCU ）为核心，将数字电源驱动器、脉宽调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）控制器等作为控制对象，能实现控制、管理和监测功能的电源产品。

它是通过设定开关电源的内部参数来改变其外在特性，并在“电源控制”的基础上增加了“电源管理”。

所谓电源管理，是指将电源有效地分配给系统的不同组件，最大限度地降低损耗。

数字电源的管理（如电源排序）必须全部采用数字技术。

与传统的模拟电源相比，数字电源的主要区别是控制与通信部分。

在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现；而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。

此外，在复杂的多系统业务中，相对模拟电源，数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用，其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数，优化电源系统。

开关电源数字控制器结构框图适用于高频开关电源数字控制器的模数转换器周涛许建平贺明智西南交通大学电气工程学院，成都 610031摘要本文分析和总结了当今现有的适用于高频开关电源数字控制器的模数转换器的架构和工作原理，并通过合理的分类明确了各种类型ADC架构的优缺点。

关键字模数转换，数字控制器，开关电源1 引言数字控制器较传统的模拟控制器具有设计灵活、开发周期短、抗干扰性强、可靠性高等优点，因而越来越广泛地用于开关电源的控制领域。

开关电源的数字控制器主要包含三大结构单元：模数转换器（ADC）、离散时间补偿器（Discrete-time compensator）和数字脉宽调制器（DPWM）[1]。

图1所示为一种可行的电压型脉宽调制数字控制器的结构框图。

ADC将第n个时刻输出电压V o与参考电压V ref之间的模拟误差电压信号转换为数字误差代码e[n]。

离散时间补偿器通过预先编好的控制算法计算出占空比代码d c[n]。

然后，DPWM 基于所需要的开关频率f s和由补偿器提供的占空比代码d c[n]产生门极驱动信号g1、g2来控制功率开关的导通和关断。

随着开关频率的提高，数字控制器各结构单元的技术要求也随之增加，昂贵的成本严重阻碍了数字控制器在高频开关电源控制领域中的市场化进程。

其中，为了实现高频开关电源精确的电压调节特性，模数转换器必须同时具有非常高的转换速率和分辨率。

而传统的高分辨率高速率的模数转换器（如逐次比较寄存（SAR）式架构和管道（pipeline）式架构），对工作时钟频率要求高、电路结构复杂、而且成本很高，这些都制约了高频开关电源数字控制器性价比的提高。

2 适用于高频开关电源的模数转换器近几年，对高频开关电源数字控制器的研究逐渐成为学术界的热点课题，有学者分别提出了一些适用于高频开关电源的高分辨率高转换速率的ADC架构。

2.1 闪速式ADC闪速式（Flash）ADC是高频开关电源数字控制器中较为常用的一种ADC架构。