电流型开关电源的开关电源系统
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LM2611开关电源电路的应用技巧LM2611是一款电流型PWM反向开关调整器,宽泛的2.7V~14V的输入范围,具有产生达-22V电压输出的调整器,SOT23-5封装。
其分为如表1所示的A和B两个等级。
表1 LM2611的两个等级LM2611在5V输入及-5V输出时可提供300mA的电流输出。
图1所示为一典型电路,要求输入为5.5V~6.5V,输出为-5V、200mA。
图1 LM2611的典型应用电路在通常情况下电路工作正常,但在一些特殊环境下它是否仍然满足系统要求,需作以下具体的分析。
应用分析在室温环境下电路可以正常工作,但当环境温度增高到50℃时,开关机可发现LM2611会在不当应用中产生热保护,使其没有输出。
LM2611的热保护结温为163℃,热阻θJa为265℃/W(见数据手册),当环境温度为25℃时,其最大功耗P D为:P D=(T Jmax-T A)/θJa=(163-25)/265mW=0.52mW其中,T J为结温,T A为环境温度。
图2 导通电阻R DS(ON)与环境温度的关系(V IN=5V )但温度为50℃时,P D为(163-50)/265mW=0.43mW。
也就是说,随着温度的升高,芯片的功耗容量降低。
另一方面,LM2611内部的开关管导通电阻也随温度升高而变大,如图2所示,温度每升高10℃,导通电阻大约增加0.026Ω。
根据数据手册,25℃时导通电阻R DS(ON)为0.5Ω,允许误差范围最大到0.65Ω。
考虑极端情况,25℃时R DS(ON)为0.65Ω,50℃时R DS(ON)为0.715(典型值应为0.615Ω),相对变化为43%。
即相对25℃时的典型值,在50℃的最大误差时的值,R DS(ON)提高了43%。
由于开关管的功耗为电流的平方乘以导通电阻,也即开关管的功耗相对提高43%。
一方面高温带来的芯片最大功耗容量降低,而另一方面高温引起芯片的实际功耗增大,从中我们不难看出产生热保护的几率在提高。
一个比较好的解决方案是:以轻巧的高频变压器取代笨重的工频变压器,采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源,即我们马上就要讲到的开关电源。
开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点,目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。
开关电源按变换方式可分为以下四大类:1、AC/DC 开关电源2、DC/DC 开关电源3、DC/AC 逆变器4、AC/AC 变频器目前只将前面两类称为开关电源,将后面两类分别称为逆变器和变频器。
开关电源按应用方式可分为以下三大类:1、外置电源与设备分开放置的电源模块或电源系统,如:---通信用一次电源模块和系统---电力操作电源模块和系统---手机电池充电器---笔记本电脑的Adapter---各类手提设备、便携设备的电池充电器等等2、内置电源放在设备内部的电源模块或电源系统,如:---计算机内部的SilverBox和VRM---家电(如:普通电视机、等离子电视机、液晶电视机)内部的供电电源---工业控制设备内部的电源---仪器中使用的电源---通信设备内部的电源模块和系统---复印机、传真机、打印机等的内部电源等等3、板上电源放在设备内单板上的电源模块,如:---标准砖类电源(全砖、半砖、1/4砖、1/8砖)---非隔离POL(Point of Load 负载点)变换器---VRM(V oltage regulator module电压调节模块)和VRD(V oltage regulator down)---小功率SMD电源---SIP和DIP电源等等开发一个开关电源产品所需要的基本技能:1、认识组成开关电源的所有元器件2、掌握各种元器件的电气性能和电路符号3、会自己制作各种磁芯元件4、会正确装配电源中的各个部分5、了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法6、会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试,优化和折中7、会对获得的实验结果进行分析,并进行总结8、会从不同渠道不断地学习电源知识并能够和别人交流开发一个开关电源产品所需要的专业理论知识:1、有源PFC的拓扑分析,控制与设计2、DC/DC功率变换器的拓扑与稳态分析3、开关电源的功率级参数设计4、开关电源的控制与动态分析5、开关电源的小信号分析与设计6、开关电源的大信号分析与设计7、开关电源的EMI分析与设计8、开关电源的热分析与设计9、开关电源的容差分析与设计10、开关电源的各种保护技术11、开关电源的同步整流技术12、开关电源的模块均流控制技术有些技术很成熟了,只要查表或者使用现成电路或专用芯片就可以做好。
【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训,基于计划安排,由申⼯讲解了变压器设计之后,在此⽂章中简单带过变压器设计原理,重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的⼯作过程相当容易理解,其拥有三个明显特征:开关:电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频:电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流:开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类:开关电源按照拓扑分很多类型:buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等,但是从本质上区分,开关电源只有两种⼯作⽅式:正激:是开关管开通时传输能量,反激:开关管关断时传输能量。
下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。
1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。
基本⼯作原理:开关管打开时变压器存储能量,开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。
根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为:电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点:结构简单价格便宜,适⽤⼩功率电源。
此类反激电源缺点:功率较⼩,⼀般在150w 以下,纹波较⼤,电压负载调整率低,⼀般⼤于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计,特别是宽输⼊电压,多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程,我们将以220VAC-380VAC 输⼊,+5V±3%(5A),±15±5%(0.5A)三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上⾯要求,选择思路如下:提出上⾯要求,选择思路如下:电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩,可以选择反激开关电源。
什么是开关电源它在电子电路中的作用是什么开关电源是一种常见的电子电源供应方式,其作用是将交流电转换为稳定的直流电,以供给电子电路所需的电能。
在电子电路中,开关电源有着广泛的应用,其主要作用包括稳定电压输出、提供电能保护和提高电能转换效率等方面。
首先,开关电源的主要作用之一是稳定电压输出。
在电子电路中,不同的电路元件和器件往往对电压的要求不同。
而交流电作为一种不稳定的电能形式,无法直接满足电路元件的工作需要。
开关电源通过内部的电子元件和电路结构,将输入的交流电转换为高频脉冲信号,并通过变压器和整流电路将其进一步转换为稳定的直流电。
这样,开关电源可以提供恒定的电压输出,确保电子电路元件在适当的工作电压下正常运行。
其次,开关电源还具有电能保护的作用。
在电子电路中,由于各种原因可能出现电压波动、过电流或短路等情况,这些异常状态可能对电路元件造成损坏甚至引发火灾等安全隐患。
开关电源通常内置了过压保护、过流保护和短路保护等功能,可以监测输入和输出的电压、电流,并在异常情况下切断电源输出,从而保护电子电路和设备的安全运行。
此外,开关电源还能提高电能转换的效率。
传统的线性电源由于其工作原理的限制,电能转换效率较低,会产生较多的热量和能量损耗。
而开关电源采取了新型的电子元件和控制技术,其能够通过控制开关管的导通和断开,实现高效能转换并减少能量损耗。
相比较而言,开关电源的电能转换效率通常较高,能更好地满足电子设备对能源的需求。
综上所述,开关电源在电子电路中起着重要的作用。
其主要通过稳定电压输出、提供电能保护和提高电能转换效率等方面来满足电子电路的工作需求。
凭借其可靠性和高效性,开关电源已经成为了现代电子设备中不可或缺的电源供应方式。
无论是家用电子产品还是工业控制系统,开关电源都扮演着至关重要的角色,为电子设备的正常运行提供稳定、高效的电能支持。
开关电源芯片都有哪些型号如何选择开关电源芯片分类开关电源的控制芯片的品种也十分多,主要分为电流控制型与电压控制型两大类。
电压控制型只对输出电压采样,作为反应信号停止闭环控制,采用PWM技术调理输出电压,从控制理论的角度看,这是一种单环控制系统。
电流控制型是在电压控制型的根底上,增加一个电流负反应环节,使其成为双环控制系统,从而进步了电源的性能。
产品分类上看,大致可分为AD/DC,DC/DC两大类。
多年来产品应用的技术开展,形成业界对DC/DC电源的认识构成了一定的误区,以为DC/DC难做,AC/DC易做。
虽然如此,AC/DC与DC/DC还是存在很大的差异,从产品设计,器件选择请求,牢靠性目的完成等方面来看:AC/DC远比DC/DC复杂,难做,这是多年从事AC/DC电源研发,消费的深切领会。
首先从输入端比照来看,AC/DC远比DC/DC要难做。
AC/DC由于直接连到公网,众所周知公网情况是十分复杂的,有的市电直接为小水电,晚上可高达350V AC以上;有的接错相线直接电压就为380V AC,低压也能够到达130伏以下。
再加上公网衔接有许许多多输入特性不同的设备,有理性负载,有容性负载,电网上有很多尖峰杂讯,和屡次谐波成份,雷雨天气的感应雷等等各种要素的综合影响使得公网愈加复杂。
而DC/DC的输入电压普通来自整流器或者蓄电池,常用的电压有12V/24V/48V/60V等4种,整流器就是AC/DC,曾经经过一次隔离。
其次从器件选择,牢靠性目的达成上看,AC/DC设计比DC/DC难做。
从上面的描绘来看,AC/DC直接面临高压,输入端器件的选择,特别是功率MOSFET,电压越高,导通压降和开关损耗越大,电源的热设计越难满足,其它二极管,三极管同样也存在这样的问题,高压难选,低压好选。
同时AC/DC电源需求契合的安规等级远比DC/DC高。
从电路构造来看AC/DC普通要两级变换,而DC/DC只需一级变换即可,而且DC/DC运用的主功率变换电路相比之下也是比拟简单。
1开关电源主电路设计1.1主电路拓扑结构选择由于本设计的要求为输入电压176-264V交流电,输出为24V直流电,因此中间需要将输入侧的交流电转换为直流电,考虑采用两级电路。
前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路对电能进行转换,后级由隔离型全桥Buck电路构成。
总体要求是先将AC176-264V整流滤波,然后再经过BUCK电路稳压到24V。
考虑到变换器最大负输出功率为1000W,因此需采用功率级较高的Buck电路类型,且必须保证工作在CCM工作状态下,因此综合考虑,本文采用全桥隔离型Buck变换器。
其主电路拓扑结构如下图所示:下面将对全桥隔离型BUCK变换器进行稳态分析,主要是推导前级输出电压V与后级输g 出电压V之间的关系,为主电路参数的设计提供参考。
将前级输出电压V代替前级电路,作g 为后级电路的输入,且后级BUCK变换器工作在CCM模式,BUCK电路中的变压器可以用等效电路代替。
由于全桥隔离型BUCK变换器中变压器二次侧存在两个引出端,使得后级BUCK电路的工作频率等同于前级二倍的工作频率,如图1-1所示。
在2T的工作时间内,总共可分为四种S 开关阶段,其具体分析过程如下:1)当0<t<DT时,此时Q、Q和D导通,其等效电路图如图1-2所示。
S145/?1-1) 1-2) 1-3)3) du.•川L i (t )m 严+仃(t )c 二二v (t )R图1-3在DT<t<T 时等效电路SSv=0sv=-v Li=i -v /R C当TS <t<a+D )TS 时,此时Q2、1-4) 1-5)1-6)Q 和D 导通,其等效电路图如图1-2所示。
36图1-2在0<t<DT 时等效电路Sv=nvs gv=nv -vL gi=i -v /RC2)当DT<t<T 时,此时Q ~Q 全部关断,D 和D 导通,其等效电路图如图1-3SS 1465所示。
开关电源知识大家都知道,通信设备一般采用直流电源供电(那么,直流电是怎样得来的呢?它与交流电有什么关系)。
目前,应用最广泛的、提供直流电的设备是开关电源。
高频开关电源与相控整流器相比较,具有效率高、可靠性高、精度高、具有智能化管理功能、体积小重量轻和更换扩容方便等优点。
开关电源种类繁多、特点各异,我们公司使用的开关电源有艾默生、中达、中兴等。
一、开关电源的分类:按开关电源容量大小分为大、中、小系统;按开关电源系统组成分为三柜、两柜、独立架系统,其中三柜系统由交流配电柜、直流配电柜和整流架组成,两柜系统的交流和直流配电集成在一个柜子中,独立架系统即交流、直流、整流三者集成于一个柜子中。
诸位所接触到的开关电源一般为独立架系统。
独立架开关电源系统的组成:交流配电单元、整流单元(高频整流模块)、直流配电单元、监控模块。
二、开关电源系统组成1.交流配电单元:一般由交流开关、交流供电线路、交流防雷器件等组成。
作用是引入一路或两路三相交流电或单相交流电(接入网点基本上是使用单相电,模块局有的采用三相电<如安庄子、西花园、棉纺厂>、有的采用单相电)。
经交流输入空开(过流、短路保护)、交流侧防雷器(抑制雷击冲击电压或浪涌过电压),分配给整流模块。
2.整流模块:进行AC/DC变换,输出稳定的直流电。
3.直流配电单元:一般由正负铜排、保险<熔断器>、直流空开、保护地、工作地、直流防雷组成,作用是向负载供电及电池充放电。
4.监控模块:一般由电源板、信号采样电路板、(信号)控制电路板、CPU板、通讯板、显示板、信号指示灯等组成。
蓄电池组1直流负载1直流负载2直流负载3直流负载4蓄电池组2三、 开关电源的工作过程将工频交流电压滤波后整流升压变为直流高压,再以一定的开关频率调制成特定的高频交流,然后整流滤波为所需直流电压。
(通过控制器调整占空比使输出电压保持稳定。
)逆变控制电路线路滤波的作用:将交流电源中的尖峰等杂波过滤,给开关电源提供良好的交流 电;防止本机产生的尖峰等杂音进入电网。
线性电源开关电源所有电源都有一个闭环负反馈,这个负反馈的作用就是出电压稳压二极管伏安特性1.并联式线性电源图例:最简单的并联式电源-稳压二极管稳压电路介绍:此电路是最常用的硅稳压管稳压电路。
基于二极管的反向击穿特性,将二极管工作在反向击穿时与负载并联,就能在一定条件下保证负载上的电压基本不变串联电阻置于输入电压和稳压二极管之间,用来限制流向负载和二极管的电流,稳压二极管补偿电流的变化。
稳压电压值会随着温度漂移。
它的损耗比串联的线性电源更大。
上调节,从而输出的负载电压保持不变,从而Vo基本稳定。
原理简介:将一个晶体管加到基本二极管稳压电路,可以利用增益的优势。
BJT接成射极跟随器,可以在稳压二极管的电流比较小的情况下,向负载提供很大的电流。
此时BJT基本上是一个误差放大器,当负载电流增加时,基极电压提高,晶体管的导通程度也增加,因而使电压回复到原来的值。
最简单的串联型稳压电源。
BJT BG是调整管,R1和Dw产生一个基准电压Uw接到BG的基极,R1是Dw的限流电阻,也是调整管BG 的基极偏流电阻。
我们假设输入电压Vi为一不稳定的直流输入电压,Vo是稳压后的直流输出电压,稳压二极管Dw给调整管BG 提供一个稳定的基极电压。
输出电压是多少?载电流增加时的调整过程相同。
了。
因此,串联型线性稳压电源,大多采用直流放大器来获得高稳定度的输出电压。
性电源框图,图示不包括AC/由取样元件取出一部分输出电压,称作取样电压,它与基准电压因此器件的输入输出之间会有1.7V到2.5V的压差。
这个压差(dropout voltage)为:导通管是一个PNP管。
LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降:满载的跌落压降一般小于500mV。
轻载时的压降只有10到20mV。
NPN,LDO和准LDO在参数上的最大不同IG联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准电压Uref相出电压。
电流型PWM控制芯片 SM8013B 一、概述:SM8013B是一个高性能的电流型PWM控制芯片,通过驱动外部高压MOSFET管,组成大功率的开关电源。
它有很小的启动电流和工作电流,保证较低的待机功耗和很高的工作效率。
通过调整外围器件,改变PWM工作频率,使之满足各种客户的需要。
空载或者轻载的情况下,芯片会降低PWM工作频率(>22KHz),从而进一步降低开关损耗。
SM8013B还拥有性能优异的过电流保护(OCP)、过载保护(OLP)、芯片VDD过压嵌位和欠压锁定功能(UVLO)。
同时芯片驱动输出最大电压保持在18V,保证外部高压MOSFET管安全可靠的工作。
内部抖频功能,保证电源系统有很好的EMI性能。
二、特色说明:1.外围电路元件少,成本低2.很低的待机功耗(AC240V,功耗小于0.3W)3.过流保护、过载保护4.优异的芯片过压嵌位和欠压锁定功能(UVLO)5.封装格式: SOT23-6、SOP8、 DIP86.很小的启动电流(5μA)和很小的工作电流(2mA)7.通过调整外围电阻,改变开关频率。
8.驱动输出电压小于18V,保护高压MOSFET管三、应用:1.各种电池充电器,适配器等2.DVD、VCD、机顶盒等各种电源3.通用离线式开关电源系统四、内部功能简单框图:图一:芯片内部功能框图。
五、封装示意图图二六、管脚说明名称功能说明VDD 芯片电源GND 芯片地FB 反馈输入脚。
PWM占空比变化取决于FB和SENSE脚的输入电压RI PWM振荡频率设置脚。
通过调节连接在RI和GND之间的电阻来改变PWM频率。
SENSE 电流检测输入脚。
GATE 标识电极的门驱动电源MOSFET的输出七、元件参数极限参数(TA= 25℃)符号说明范围单位VDD 芯片工作电压 <23V VDD clamp芯片嵌位电压 VDD+0.1 VIDD clamp芯片嵌位电流 10mA V FB FB输入电压-0.3——7 VV RI RI电压-0.3——2 VT j结温 -20——150 ℃T stg存储温度 -55——160 ℃八、电气工作参数(除非特殊说明,下列条件均为T A=25℃)范围符号说明条件最小典型最大单位芯片工作电压部分IDD start芯片启动电流VDD=12.5V,RI=100KΩ 510μAIDD op芯片工作电流VDD=16V,RI=100 KΩ2.8 mA UVLO(ON)VDD低压锁定电压7.6 8 8.6V UVLO(OFF)VDD低压锁定恢复电压13 14 15 VVDD clamp VDD嵌位电压Idd=5mA 22.6 V FB输入部分A vcs PWM输入增益△V FB/△V CS 2.0 V/V V FB(open)FB开环电压 6 V I FB(short)FB短路输出电流 1.4 mA Z FB FB输入阻抗 6 KΩV TH_0D0占空比阀值电压VDD=16V,RI=100 KΩ0.75 VV TH_PL过功率阀值电压 3.7 VTD 过载或者短路延迟时间35 msSENSE输入部分T d上电延迟时间RI-100 KΩ 300 ns Z sense输入阻抗 40 KΩT oc过流反应延迟时间VDD=16V,FB=3.3V75 nsV TH_OC 过流检测输入阀值电压FB=3.3V,RI=100 KΩ0.70 0.75 0.80 V振荡部分F osc RI-100 KΩ60 65 70KHz RI range50 100 150KΩV RI(open)RI开环电压 2 V F osc(burst)Burst模式振荡频率VDD=16V,RI=100 KΩ22 KHz GATE驱动输出部分VOL 输出低电平电压VDD=16V,Io=-20mA 0.8VVOH 输出高电平电压VDD=16V,Io=20mA10 V V clamp输出嵌位电压 20 V TrVDD=16V,CL=1nF220 ns TfVDD=16V, 70 nsCL =1nF频率抖动部分△FoscRI=100 K Ω -3 3%九、电路原理图十、功能表述SM8013B 是一个高度集成的PWM 控制芯片,针对75W 以内的离线式反激转换电源进行优化设计。
用开关电源并联运行实现仪表24V电源N+M冗余的问题【背景】在对某(镇海炼化100万吨/年)乙烯工程进行质量检查时,监督工程师发现仪表24V电源是应用模块化开关电源并联运行来实现N+M(4+4)冗余的,各开关电源间没有通讯线或均流母线等联系,仅在输出端设计了“解偶二极管”,以防止某一或某些开关电源输出电压较低或短路时成为其它电源的负载,其电路原理如图1所示。
查阅该开关电源技术说明书,其电压/电流的特性如图2所示。
图1 仪表24V并联电源原理图图2 开关电源电压/电流特性曲线【评析】随着石油化工装置大型化及其自动化程度的提高,控制系统需要组建一个大容量、安全可靠的仪表24V电源系统。
但受构成电源模块的半导体功率器件、磁性材料等自身性能的影响,单个开关电源模块的输出参数(如电压、电流、功率)往往不能满足要求。
若采用多个电源模块并联供电,如图3所示,就不但可以提供所需电流,而且还可以形成N+M冗余结构,提高了系统的稳定性,可谓一举两得,这也是提供大功率电源的技术发展的一个方向。
图3 多个电源模块并联供电框图但是,在电源模块并联运行时,由于各个模块参数的分散性,使其输出的电流不可能完全一样,使电压调整率小的模块承担较大的电流甚至过载,热应力大;外特性较差的模块运行于轻载其至是空载。
其结果必然使电源热应力分配不均,寿命减小,可靠性降低。
有资料表明,工作环境温度每提高10℃,电子元器件寿命约降低1/2,这就是有名的阿雷尼厄10度法则。
因此,使各并联电源模块的输出电流平均分配,是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题,保证模块间电流应力和热应力的均匀分配,防止单个或部分模块运行在过载或电流极限值状态[1]。
由于大功率电源负载需求的增加以及分布式电源系统的发展,开关电源并联技术的重要性也日益增加。
但是并联的开关变换器在模块间通常需要采用均流(Current sharing)措施。
它是实现大功率电源系统的关键,其目的在于保证模块间电源应力和热应力的均匀分配,防止一台或多台模块运行在电流极限(限流)状态。
基于升压芯片UC3842的开关电源设计之原理分析
升压芯片UC3842在开关电源的设计中应用广泛,也是很多工程师都非常熟悉的一款高性能的升压芯片类型。
结合UC3842升压芯片的工作特点和自身优势,在今天和明天的方案分享中,我们将会为大家分享一种电流控制型开关电源的设计方案。
在今天的文章中,我们将会就该方案的设计原理,展开详细介绍。
电流型开关电源与电压型开关电源都是目前常见的两种中小功率开关电源设计形式,与电压型的设计模式相比,电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统,能克服电流失控的缺点,并且性能可靠、电路简单。
在本方案中,我们主要利用升压芯片UC3842来完成该电源系统的设计,为了提高输出电压的精度,系统没有采用离线式结构,而采用直接反馈式结构。
在本方案中,我们利用升压芯片UC3842所设计的这一电流控制型开关电源的原理框图,如下图图1所示。
可以看到,这一方案在保留了电压控制型的输出电压反馈控制部分外,又增加了一个电流反馈环节。
图1 基于升压芯片UC3842设计的电流控制型开关电源原理框图
从图1中所提供的这一原理框图我们可以看到,这一利用升压芯片
UC3842所设计的新式电流控制型开关电源,是一个电压、电流双闭环控制系统。
其内环为电流控制环,外环为电压控制环。
当UO变化导致UF变化,或I变化导致US变化时,都会使PWM电路的输出脉冲占空比发生变化,从而改变UO,以此来达到输出电压稳定的目的。
在本方案中,我们所使用的升压芯片UC3842是一块功能齐全、较为典型。
网上经常讨论闭环调节问题,理论如此之多,推导如此复杂,使得后辈小子深感开关电源的玄妙。
其实,原本简单的事情被搞得神乎其神,最后还要加一句:“通过实验,调到合理参数”。
这些都是所谓电源研究者写论文的东东,毫无意义。
我们工程师根本无需考虑这些公式。
这里,我给大家简单介绍闭环调节的工程做法,也就是实验方法。
此方法完全适用于具有闭环调节的任何系统。
在大学里有的讲义里有简单介绍,只是不被人重视罢了。
首先,我们选择的闭环调节系统,一般都为PID调节系统,即:比例、积分、微分。
开关电源从控制上主要分电压型,电流型控制。
电压型控制一般采用PID调节,电流型一般采用PI调节(采用PID效果不明显,不是不能用)。
此电路形式几乎每个人都知道,就不多讲了。
第一步:调节积分,也就是稳态环节的稳定。
如果害怕烧鸡,首先给一个大积分,比如积分电容来一个1u,输入电阻10k,总可以吧。
主要是看稳定。
一般,此积分电容很小的。
稳定后在输出端会看到一个低频正弦波。
减小电容,将此正弦波幅度降低。
此时可以验算一下它的拐点,一般不要高于振荡频率的1/5。
不验算也无妨,一般电容在471-104之间,都行。
对小功率来讲,有的就简单一个积分环节就可以了。
我以前设计不合理,调整非常麻烦。
现在好像给什么参数都能稳定似的,一般我就选10K,0.1u就得了,要求高一点的电容取0.001u 也能稳定。
第二步:调节比例环节,增大比例放大电阻,进一步压低正弦波。
电流型开关电源最简单,小功率的小电源就没有此电阻,但在线路板上布一个,稳定性更好。
电压型的即便如此,也会留下一点工频整流的低频纹波。
这就需要微分调节了。
一般比例放大倍数1-10倍都有。
第三步:调节微分环节,消除工频纹波。
微分过大会产生高频振荡,需要注意。
如果系统做的好,前两步的参数非常随意。
电流型可以没有微分环节,如果想加,就加一个小微分。
以上调节尤其适用于AC-DC调节,因为常常需要消除整流低频纹波。
开关电源基础引言电源发展是趋于轻小。
而关键是既要小又要高效。
近几年的优秀半导体、磁材和无源器件,使得功率变换的选择余地越来越大。
线性和开关电压线性电源和开关电压都是把不稳定的输入变换成稳定的输出,但是却是完全不同的技术,它们各有优缺点。
线性电源只能是降压型的。
它们是用双极型晶体管或MOSFET的线性工作,保持输出电压的稳定。
半导体调整器件上的电压就是输入输出电压差,半导体损耗就是调整器件上的电压乘负载电流,即VI。
所以,变换效率只在35-65%。
例如,把12V输入变换成5V输出,odr输出电流100mA,输出功率只有500mW,而损耗是700mW,效率是42%。
所以,散热片的体积大成本高。
但是线性电源在输入电压变化范围小的小功率应用场合,也有它的优点,比如电路简单,没有开关电压的开关噪音。
开关电压的开关器件,只工作在截止和饱和导通状态,损耗低,效率可到65-95%。
开关电压即可降压也可升压。
但是,开关电压电路复杂,输出电压包含着开关噪音,必须虑除。
开关电源基础PWM开关电压有两种基本结构,即正激型和升压型。
正激型变换器正激变换器的输出LC滤波器给出DC输出电压。
输出电压为VV D?(1)ino降压变换器是最简单的正激型变换器,如图1所示。
1)变换器及其波形基本正激型(降压图1输入电压加到即开关导通和关断。
当开关导通时,它的工作可以分成两个不同的方式,滤波器的输入端。
假设变换器工作在稳态,滤波器输出端的电压就是输出电压。
电感电LC 流开始由开关周期开始时的初始值线性上升。
电感电流为VV?ii oin?t?initLon L(2)t?0?t on磁芯存储的能量传输到负载。
在这个时期里,电感磁芯里存储能量。
当功率开关关断时,而箝位。
电感D当功率开关关断时,电感输入端的电压被拉到地,被正向偏置的二极管传向负载。
电感电流由初始的峰值i而减小为磁芯储能通过续流二极管D pk Vii o t??Loffpk L(3)t?t?0off降压变换器可下一个开关周期开始。
电流型开关电源的开关电源系统
电流型控制的开关电源系统有三种控制方式:即峰值电流控制、平均电流
控制和滞环电流控制。图 1 所示即为电流型控制的开关电源系统结构框图。它
包含有两个负反馈控制环:内环是电流环,外环是电压环。电压控制器的输出
控制信号 ue 作为电流环的给定信号;电流环由电流检测(如直流电流互感器)、处
理(I-U 转换)和电流控制器等组成;被检测的电流可以是电感电流 iL,也可以是
主开关管的电流 iv,通过电流检测电阻 Ri,将检测到的电流(iL 或 iv)转换成电
压 iLRi 或 ivRi,然后再与电流给定信号 ue 进行比较,并将得到的误差信号经
过电流控制器放大之后,通过 PWM 脉冲调制器进行调制,产生出占空比 d 去
控制开关转换器的主开关管 V 的通/断。为了介绍简单,本文只介绍连续导电
模式(CCM)。
图 1 电流型控制的开关电源系统结构框图
图 2 所示的电源系统框图即为电流型控制开关电源系统的方框图,也即开关
电源系统的频域模型。图中 kv(s)为电压控制器(补偿网络)的传递函数;ki(s)为电
流控制器(补偿网络)的传递函数;Fv、Fm 分别为电压检测元件和脉宽调制器的
传递函数;Ri 为电流采样电阻。
图 2 电流型控制的开关电源系统方框图
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