开关电源控制模式的探讨
开关电源控制模式的探讨
随着科学技术的发展，开关电源数字化、模块化、高频化的实现，促进了开关电源控制技术的不断发展。文章主要对开关电源控制模式进行分析，结合开关电源发展的历程，探讨了开关电源数字化控制技术以及电流型控制模式，以供参考。
标签：开关电源；控制模式；电子技术
1 开关电源概述
开关电源是在现代电子电力技术的发展基础上，控制开关管的开通及关断时间比率，以稳定输出电压的一种特殊的电源。一般来说，开关电源由脉冲宽度调制控制IC、MOSFET组成。随着科学技术的发展，开关电源技术也不断进行改革和创新。开关电源效率能够高达85%，与普通线性电源相比，开关电源的利用效率提高了一倍。同时，开关电源采用了小体积的滤波元件及散热器，可靠性、安全性也较高。从开关电源的类别来看，可以分成AC/AC、DC/DC等类型，其中，DC/DC开关电源的变换器已经实现了模块化设计和发展，因而得到用户普遍认可。
从开关电源的产生和发展来看，自上个世纪六十年代以来，由于晶闸管控制模式的出现，大大促进了开关电源的发展。到七十年代初期，开关电源进入了长时期的瓶颈时期，开关电源的效率问题更加突出。直至七十年代后期，由于集成电技术的创新，催生了各种开关电源芯片的产生。当前，集成化电源已经广泛应用于航天、彩电、计算机等各个领域中，随着半导体技术、电子技术的快速发展，电子设备的总量和体积不断减小，导致电源体积与电子设备的体积不相匹配。因此，开关电源体积成为当前研究的重点。
从我国开关电源的研究情况来看，在上个世纪六十年代，我国已经成功研制出稳压电源。经过十年的发展，稳压电源已经成功应用于电视机和中小型计算机。到八十年代，我国已经成功研制出了0.5～5MHz谐振的软开关电源。从八十年代起，我国开关电源进入了大规模更新换代的时期，现代晶闸管稳压电源逐渐取代了传统铁磁稳压电源，对办公自动化产生了很大的影响。进入九十年代，我国成功研制了新型专用的开关电源，供特殊行业使用，如卫星及远程导弹系统所使用的开关电源。经历了约半个世纪的发展，我国开关电源技术研发已经取得了较大的成就，开关电源应用范围也逐渐扩展，但与国外开关电源技术相比，在使用方法和集成度方面，我国还存在很大的不足，还应该继续加强开关电源研究及应用。
2 开关电源数字控制技术分析
近年来，随着计算机技术及网络技术的快速发展，数字控制技术在社会生产生活中广泛应用。数字控制技术的产生，是由于控制领域的监控和计算任务的要
开关电源浪涌吸收方法
开关电源的冲击电流控制方法 开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反馈到输入的纹波，输入滤波器一般有电容和电感组成∏形滤波器，图1. 和图2. 分别为典型的AC/DC电源输入电路和DC/DC电源输入电路。 由于电容器在瞬态时可以看成是短路的，当开关电源上电时，会产生非常大的冲击电流，冲击电流的幅度要比稳态工作电流大很多，如对冲击电流不加以限制，不但会烧坏保险丝，烧毁接插件，还会由于共同输入阻抗而干扰附近的电器设备。
图3.通信系统的最大冲击电流限值（AC/DC电源） 图4.通信系统在标称输入电压和最大输出负载时的冲击电流限值（DC/DC电源） 欧洲电信标准协会(the European Telecommunications Standards Institute)对用于通信系统的开关电源的冲击电流大小做了规定，图3为通信系统用AC/DC电源供电时的最大冲击电流限值[4]，图4为通信系统在DC/DC电源供电，标称输入电压和最大输出负载时的最大冲击电流限值[5]。图中It为冲击电流的瞬态值，Im为稳态工作电流。 冲击电流的大小由很多因素决定，如输入电压大小，输入电线阻抗，电源内部输入电感及等效阻抗，输入电容等效串连阻抗等。这些参数根据不同的电源系统和布局不同而不同，很难进行估算，最精确的方法是在实际应用中测量冲击电流的大小。在测量冲击电流时，不能因引入传感器而改变冲击电流的大小，推荐用的传感器为霍尔传感器。
2. AC/DC开关电源的冲击电流限制方法 2.1 串连电阻法 对于小功率开关电源，可以用象图5的串连电阻法。如果电阻选得大，冲击电流就小，但在电阻上的功耗就大，所以必须选择折衷的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许的范围之内。 图5. 串连电阻法冲击电流控制电路（适用于桥式整流和倍压电路，其冲击电流相同）串连在电路上的电阻必须能承受在开机时的高电压和大电流，大额定电流的电阻在这种应用中比较适合，常用的为线绕电阻，但在高湿度的环境下，则不要用线绕电阻。因线绕电阻在高湿度环境下，瞬态热应力和绕线的膨胀会降低保护层的作用，会因湿气入侵而引起电阻损坏。 图5所示为冲击电流限制电阻的通常位置，对于110V、220V双电压输入电路，应该在R1和R2位置放两个电阻，这样在110V输入连接线连接时和220V输入连接线断开时的冲击电流一样大。对于单输入电压电路，应该在R3位置放电阻。 2.2 热敏电阻法 在小功率开关电源中，负温度系数热敏电阻（NTC）常用在图5中R1，R2，R3位置。在开关电源第一次启动时，NTC的电阻值很大，可限制冲击电流，随着NTC的自身发热，其电阻值变小，使其在工作状态时的功耗减小。 用热敏电阻法也由缺点，当第一次启动后，热敏电阻要过一会儿才到达其工作状态电阻值，如果这时的输入电压在电源可以工作的最小值附近，刚启动时由于热敏电阻阻值还较大，它的压降较大，电源就可能工作在打嗝状态。另外，当开关电源关掉后，热敏电阻需要一段冷却时间来将阻值升高到常温态以备下一次启动，冷却时间根据器件、安装方式、环境温度的不同而不同，一般为1分钟。如果开关电源关掉后马上开启，热敏电阻还没有变冷，这时对冲击电流失去限制作用，这就是在使用这种方法控制冲击电流的电源不允许在关掉后马上开启的原因。
开关电源的数字控制实现方案
开关电源的数字控制实现方案 类别：电子综合阅读：5732 尽管业内不少人都认为，模拟和数字技术很快将争夺电源调节器件控制电路的主导权，但实际情况是，在反馈回路控制方面，这两种技术看起来正愉快地共存着。 的确，许多电源管理供应商都提供了不同的方案。一些数字控制最初的可编程优势现在甚至在采用模拟反馈回路的控制器和稳压器中也有了。当然，数字电源还是有一些吸引人之处。 本文主要讨论脉冲宽度调制(PWM)、脉冲密度调制(PDM)和脉冲频率调制(PFM)开关稳压器和控制器IC。其中一些集成了控制实际开关的一个或多个晶体管的驱动器，另一些则没有。还有一些甚至集成了开关FET，如果它们提供合适的负荷的话。因此，数字还是模拟的问题取决于稳压器的控制回路如何闭合。 图1显示了两种最常见的PWM开关拓朴布局的变化，降压和升压(buck/boost)转换器。在同步配置中，第二只晶体管将取代二极管。在某种意义上来讲，脉冲宽度调制的采用使得这些转换器“准数字化”，至少可与基于一个串联旁路元件的723型线性稳压器相比。事实上，PWM使得采用数字控制回路成为可能。不过，图1中的转换器缺少控制一个或几个开关占空比的电路，它可在模拟或数字域中实现。 不管采用模拟还是数字技术，都有两种方式实现反馈回路：电压模式和电流模式。简单起见，首先考虑它在模拟域中如何实现。 图1: 没有控制器的开关模式DC-DC电源十分简单。不论用于升压还是降压，其成功与否取决于设计者如何安排一些基本的元器件。 在电压模式拓朴中，参考电压减去输出电压样本就可得到一个与振荡器斜坡信号相比较的小误差信号(图2)，当电路输出电压变化时，误差电压也产生变化，后者反过来改变比较器的门限值。反过来，这将使输出信号宽度发生变化。这些脉冲控制稳压器开关晶体管的导通时间。随着输出电压升高，脉冲宽度将变小。 图2: 电压模式反馈(本例中在模拟域)包含一个控制回路。 电流模式控制的一个优势在于其管理电感电流的能力。一个采用电流模式控制的稳压器具有一个嵌套在一个较慢的电压回路中的电流回路。该内回路感应开关晶体管的峰值电流，并通过一个脉冲一个脉冲地控制各晶体管的导通时间，使电流保持恒定。 与此同时，外回路感应直流输出电压，并向内回路提供一个控制电压。在该电路中，电感电流的斜率生成一个与误差信号相比较的斜坡。当输出电压下跌时，控制器就向负载提供更大的电流(图3)。 图3: 电流模式反馈采用了嵌套反馈回路。与电压模式不同，它需要计入电感上的电流。 在这些控制拓朴中，在回路的相移达到360°的任意频率处，控制回路的增益不能超过1。相移包括了将控制信号馈入反馈运放的倒相输入端所产生的固有180°相移、放大器和其它有源元件的附加延迟、以及由电容和电感(特别是输出滤波器的大电容)引入的延迟。 稳定回路要求对一定频率范围内的增益变化和相移进行补偿。传统上，采用模拟PWM 来稳定电源通常需要采用经验方法：你在一块与生产型电路板相同布局的实际电路板上，实
开关电源常见故障维修方法
开关电源常见故障及维修方法： 1.保险烧或炸 主要检查300V上的大滤波电容、整流桥各二极管及开关管等部位，抗干扰电路出问题也会导致保险烧、发黑。需要注意的是：因开关管击穿导致保险烧一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏。负温度系数热敏电阻也很容易和保险一起被烧坏。 2.无输出，保险管正常 这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。首先要测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电，此时如电源控制芯片正常，则经上述检查可以迅速查到故障。若有启动电压，则测量控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变，若无跳变，说明控制芯片坏、外围振荡电路元件或保护电路有问题，可先代换控制芯片，再检查外围元件;若有跳变，一般为开关管不良或损坏。 3.有输出电压，但输出电压过高 这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路。在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路，任何一处出问题就会导致输出电压升高。 4.输出电压过低 除稳压控制电路会引起输出电压低，还有下面一些原因也会引起输出电压低： a.开关电源负载有短路故障（特别是DC/DC变换器短路或性能不良等），此时，应该 断开开关电源电路的所有负载，以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断 开负载电路电压输出正常，说明是负载过重;或仍不正常说明开关电源电路有故障。 b.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通过代换法进行判断。 c.开关管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能 力下降。 d.开关变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关管激励不足从而屡损开关 管 e.300V滤波电容不良，造成电源带负载能力差，一接负载输出电压便会下降。
DCDC开关电源管理芯片的设计
DC-DC开关电源管理芯片的设计 引言 电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。而开关电源更为如此，越来越受到人们的重视。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，其功耗都比较大，要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源。 目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化。具有各种控制功能的专用芯片，近几年发展很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便。 从另一方面说在开关电源DC-DC变换器中，由于输入电压或输出端负载可能出现波动, 应保持平均直流输出电压应能够控制在所要求的幅值偏差范围内，需要复杂的控制技术，于是各种PWM空制结构的研究就成为研究的热点。在这样的前提下，设计开发开关电源DC-DC控制芯片，无论是从经济，还是科学研究上都是是很有价值的。 1.开关电源控制电路原理分析 DC- DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换，把某一等级直流输入电压变换成 另一等级直流输出电压。在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间 长度来控制平均输出电压，这种方法也称为脉宽调制［PWM法。 PWM从控制方式上可以分为两类，即电压型控制(voltage mode con trol )和电流型 控制(current modecontrol )。电压型控制方式的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一固定的锯齿波进行比较，产生控制用的PW信号。从控制理论的角度来讲，电压型控制方式是一种单环控制系统。电压控制型变换器是一个—阶系统，它有两个状态变量：输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。二阶系统是一个有条件稳定系统，只有对控制电路进行精心的设计和计算后，在满足一定的条件下，闭环系统方能稳定的工作。图即为电压型控制的原理框图。 1
(完整版)开关电源的用途
开关电源的用途 开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域 开关电源的主要类型和分类 开关电源的主要类型 现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC 转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器 隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。 非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种单管DC/DC 转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
开关电源控制模式的探讨
开关电源控制模式的探讨 随着科学技术的发展，开关电源数字化、模块化、高频化的实现，促进了开关电源控制技术的不断发展。文章主要对开关电源控制模式进行分析，结合开关电源发展的历程，探讨了开关电源数字化控制技术以及电流型控制模式，以供参考。 标签：开关电源；控制模式；电子技术 1 开关电源概述 开关电源是在现代电子电力技术的发展基础上，控制开关管的开通及关断时间比率，以稳定输出电压的一种特殊的电源。一般来说，开关电源由脉冲宽度调制控制IC、MOSFET组成。随着科学技术的发展，开关电源技术也不断进行改革和创新。开关电源效率能够高达85%，与普通线性电源相比，开关电源的利用效率提高了一倍。同时，开关电源采用了小体积的滤波元件及散热器，可靠性、安全性也较高。从开关电源的类别来看，可以分成AC/AC、DC/DC等类型，其中，DC/DC开关电源的变换器已经实现了模块化设计和发展，因而得到用户普遍认可。 从开关电源的产生和发展来看，自上个世纪六十年代以来，由于晶闸管控制模式的出现，大大促进了开关电源的发展。到七十年代初期，开关电源进入了长时期的瓶颈时期，开关电源的效率问题更加突出。直至七十年代后期，由于集成电技术的创新，催生了各种开关电源芯片的产生。当前，集成化电源已经广泛应用于航天、彩电、计算机等各个领域中，随着半导体技术、电子技术的快速发展，电子设备的总量和体积不断减小，导致电源体积与电子设备的体积不相匹配。因此，开关电源体积成为当前研究的重点。 从我国开关电源的研究情况来看，在上个世纪六十年代，我国已经成功研制出稳压电源。经过十年的发展，稳压电源已经成功应用于电视机和中小型计算机。到八十年代，我国已经成功研制出了0.5～5MHz谐振的软开关电源。从八十年代起，我国开关电源进入了大规模更新换代的时期，现代晶闸管稳压电源逐渐取代了传统铁磁稳压电源，对办公自动化产生了很大的影响。进入九十年代，我国成功研制了新型专用的开关电源，供特殊行业使用，如卫星及远程导弹系统所使用的开关电源。经历了约半个世纪的发展，我国开关电源技术研发已经取得了较大的成就，开关电源应用范围也逐渐扩展，但与国外开关电源技术相比，在使用方法和集成度方面，我国还存在很大的不足，还应该继续加强开关电源研究及应用。 2 开关电源数字控制技术分析 近年来，随着计算机技术及网络技术的快速发展，数字控制技术在社会生产生活中广泛应用。数字控制技术的产生，是由于控制领域的监控和计算任务的要
开关电源CCM和DCM工作模式
开关电源Buck 电路CCM 及DCM 工作模式 一、Buck 开关型调整器: 图1 二、CCM 及DCM 定义： 1、CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。 2、DCM ，(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。 3、BCM （Boundary Conduction Mode ），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM 变化器是可变频率系统。BCM 变换器可以称为临界导通模式或CRM （Critical Conduction Mode ）。 图1通过花电感电流曲线表示了三种不同的工作模式。 图2 电感工作的三种模式 电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流o I 的平均值，峰值电流Ip 与谷值电流V I 之差为纹波电流。 三、CCM 工作模式及特点 根据CCM 定义，测试出降压变换器工作于连续模式下的波形，如下图3所示。 图3 波形1表示PWM 图形，将开关触发成导通和截止。当开关SW 导通时，公共点SW/D 上的电压为Vin 。相反，当开关断开时，公共点SW/D 电压将摆到负，此时电感电流对二极管D 提供偏置电流，出现负降压——续流作用。 波形3描述了电感两端电压的变化。在平衡点，电感L 两端的平均电压为0，及S1+S2=0。S1面积对应于开关导通时电压与时间的乘积，S2面积对应于开关关断时电压与时间的乘积。S1简单地用矩形高度（in V -out V ）乘以D sw T ，而S2也是矩形高度-out V t 乘以（1-D ）sw T 。如果对S1和S2求和，然后再整个周期sw T 内平均，得到 （D （in V -out V ）sw T -out V （1-D ）sw T ）/ sw T =0 化简上式可以到CCM 的降压DC 传递函数： out V = D in V =M in V 或M= out V /in V
基于PID控制方式的8A开关电源Psim
基于PID控制方式的8A开关电源Psim 仿真研究 学院：电气与光电学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 时间：2016年04月04日
1、绪论 开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。 常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。 2、基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1设计指标 输入直流电压(V IN)：10V； 输出电压(V O)：5V； 输出电流(I I N)：8A； 输出电压纹波(V rr)：50mV； 基准电压(V ref)：1.5V； 开关频率(f s)：100kHz。 Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。
开关电源中几种过流保护方式的电路比较分析
找电源工作上----------------------------电源英才网 开关电源中几种过流保护方式的电路比较分析 引言 电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时，如电子产品输入侧短路或输出侧开路时，则电源必须关闭其输出电压，才能保护功率MOSFET和输出侧设备等不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象，因此，开关电源的过流保护功能一定要完善。 1开关电源中常用的过流保护方式 过电流保护有多种形式，如图1所示，可分为额定电流下垂型，即フ字型；恒流型；恒功率型，多数为电流下垂型。过电流的设定值通常为额定电流的110％～130％。一般为自动恢复型。 图1中①表示电流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。 图1过电流保护特性 1.1用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路 在变压器初级直接驱动的电路（如单端正激式变换器或反激式变换器）的设计中，实现限流是比较容易的。图2是在这样的电路中实现限流的两种方法。 图2电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。图2（a）与图2（b）中在MOSFET的源极均串入一个限流电阻Rsc，在图2（a）中，Rsc提供一个电压降驱动晶体管S2导通，在图2（b）中跨接在Rsc上的限流电压比较器，当产生过流时，可以把驱动电流脉冲短路，起到保护作用。 图2（a）与图2（b）相比，图2（b）保护电路反应速度更快及准确。首先，它把比较放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe更精确的范围内；第二，它把所预置的门槛电压取得足够小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取样
开关电源中的电流型控制模式
開關電源中的電流型控制模式 摘要：討論了開關電源中電流迴授控制模式的工作原理、優缺點，以及與之有關的斜波補償技術。關鍵詞：開關電源；電流型控制；斜波補償 1、前言 PWM型開關穩壓電源是一個閉迴路控制系統,其基本工作原理就是在輸入電壓、內部元件參數、外接負載等因素發生變化時，通過檢測被控制信號與基準信號的差值，利用差值調整主電路功率開關元件的導通脈波寬度，從而改變輸出電壓的平均值，使得開關電源的輸出電壓保持穩定。 以開關電源中的降壓型變換為例（其它類型如正激型、推挽型等，均可由降壓型衍生得到），圖1表示了該變換器的主電路的基本拓撲結構。 圖1降壓型開關電源 根據選用不同的PWM控制模式，圖1電路中的輸入電壓U in、輸出電壓U o、開關功率元件電流(可從A 點取樣)、輸出電感電流(可從B或C點採樣)均可作為控制信號，用於完成穩壓調整過程。 目前在開關電源中廣泛使用的控制方式是通過對輸出電壓或電流(功率開關元件或輸出電感上流過的電流)進行取樣，即形成2類控制方式：電壓控制模式與電流控制模式。
2電流控制模式的工作原理 圖2為檢測輸出電感電流的電流型控制的基本原理圖。它的主要特點是：將取樣得到的電感電流直接回授去控制功率開關的責任週期，使功率開關的峰值電流直接跟隨電壓迴授電路中誤差放大器輸出的信號。 從圖2中可以看出,與單一迴路的電壓控制模式相比,電流模式控制是雙閉迴路控制系統，外迴路由輸出電壓迴授電路形成，內迴路由電感器取樣輸出電感電流形成。在該雙迴路控制中，由電壓外迴路控制電流內迴路，即內迴路電流在每一開關週期內上升，直至達到電壓外迴路設定的誤差電壓閾值。電流內迴路是瞬時快速進行逐個脈衝比較工作的，並且監測輸出電感電流的動態變化，電壓外迴路只負責控制輸出電壓。因此電流型控制模式具有比起電壓型控制模式大得多的頻寬。 圖2檢測輸出電感電流的電流型控制原理圖 實際電路以單端正激型電源為例，如圖3所示。誤差電壓信號U e送至PWM比較器後，並不是像電壓模式那樣與振盪電路產生的固定三角波狀電壓斜波比較調寬，而是與一個變化的、峰值代表功率開關上的電流信號(由Rs上採樣得到)的三角狀波形信號(電感電流不連續)或矩形波上端疊加三角波合成波形信號(電感電流連續)比較，然後得到PWM脈衝關斷時刻。在電路中，電流的取樣通常使用一
PID控制方式的3A开关电源MATLAB
基于PID控制方式的3A开关电源MATLAB仿真研究 学院：电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 一绪论 Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck 族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电
流-电压双环设计控制环路。开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本次设计就采用PID控制方式。 二设计过程 各项技术指标： 输入直流电压(V IN)：10； 输出电压(V O)：5V； 输出电流(I N)：3A； 输出电压纹波(V rr)：50mV； 基准电压(V ref)：1.5V； 开关频率(f s)：100kHz。 设计任务： 1.依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真； 2.掌握小信号建模的方法，建立Buck变换器原始回路增益函数； 3.采用Matlab绘制控制对象的Bode图； 4.补偿网络设计，根据控制对象的Bode图，分析所需设计的补偿网络特性，采用PID调节方 式。 5.采用Matlab绘制补偿器和变换器的Bode图； 6.综合仿真，采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的 负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。 2.1 主电路设计：
基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真
基于PI控制方式的7A开关电源MATLAB仿真研究 学院：电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 目录 0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 3
1 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 3 2 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 3 2.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 4 2.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 4 3 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 5 3.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 5 3.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 6 4 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 9 4.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 10 4.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 10 4.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 11 5 小结 -------------------------------------------------------------------- 13 参考文献 ------------------------------------------------------------------ 13 一、绪论 随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要 求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。为了使某个控制对 象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，
PI控制方式的6A开关电源PSIM
基于PI控制方式的6A开关电源PSIM仿真研究 学院：电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：
绪论 开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。 常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例+积分+微分（PID）等三种类型。PI 控制器提高了系统的类型，从而有效地改善了系统的稳态误差，但稳定性会有所下降。PD控制器可以预测作用误差，使修正作用提前发生，从而有助于增强系统的稳定性。PID控制器保持了PI控制器改善系统稳定性能的优点，同时多提供一个负实数零点，使得在提高系统动态性能方面具有更大的优越性。 1.基于PI控制方式的Buck电路的综合设计 Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck 族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1技术指标 输入直流电压(VIN)：10V 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)：6A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz。 2.2 Buck主电路的参数设计 Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。
开关电源的反馈控制模式研究
开关电源的反馈控制模式研究 [摘要] 本文比较详细地说明了电压模式、峰值电流模式、平均电流模式、滞环电流模式、相加模式等PWM反馈控制模式的基本工作原理、发展过程、关键波形、性能特点及应用要点。 [关键词] 开关电源反馈控制模式控制 1.引言 PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。 2.开关电源PWM的五种反馈控制模式 一般来讲，根据选用不同的PWM反馈控制模式，电路中的输入电压、输出电压、开关器件电流、电感电流均可作为取样控制信号。输出电压在作为控制取样信号时，通常经过处理，得到电压信号，再经处理或直接送入PWM 控制器。电压运算放大器的作用有三：①将输出电压与给定电压的差值进行放大及反馈，保证稳态时的稳压精度。该运放的直流放大增益理论上为无穷大，实际上为运放的开环放大增益。②将开关电源主电路输出端的附带有较宽频带开关噪声成分的直流电压信号转变为具有一定幅值的比较“干净”的直流反馈控制信号即保留直流低频成分，衰减交流高频成分。③对整个闭环系统进行校正，使得闭环系统稳定工作。 2.1 电压模式控制PWM 电压模式控制PWM是60年代后期开关稳压电源刚刚开始发展而采用的第一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法。当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时，因为主电路有较大的输出电容及电感相移延时作用，输出电压的变小也延时滞后，输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后，才能传至PWM比较器将脉宽展宽。这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。 电压模式控制的优点：①PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量；②占空比调节不受限制；③对于多路输出电源，它们之间的交互调节效应较好；④单一反馈电压闭环设计、调试比较容易；⑤对输出负载的变
(整理)开关电源基本电路及原理介绍
开关电源可分为直流开关电源和交流开关电源，是按输出来区分的，交流开关电源输出的是交流电，而直流开关电源输出的是直流电，这里介绍的是直流开关电源。随着相关元器件的发展，直流开关电源以其高效率在很多场合代替线性电源而获得广泛应用。 直流开关电源与线性电源相比一般成本较高，但在有些特别场合却更简单和便宜，甚至几乎只能用开关电源，如升压和极性反转等。直流开关电源还可分为隔离的和不隔离的两种，隔离的是采用变压器来实现输入与输出间的电气隔离，变压器还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。直流开关电源结构复杂，设计和分析都有较特别的一套理论和方法，这里主要介绍6种基本的不隔离的直流开关电源结构形式和其特点，便于依据应用场合来选择使用。 理想假定：为便于分析，常假定存在如下理想状态 1. 电子器件理想：电子开关管Q和D的导通和关断时间为零，通态电压为零，断态漏电流为零 2. 电感和电容均为无损耗的理想储能元件，且开关频率高于LC的谐振频率 3. 在一个开关周期内，输入电压Vin保持不变 4. 在一个开关周期内，输出电压有很小的纹波，但可认为基本保持不变，其值为Vo 5. 不计线路阻抗 6. 变换器效率为100% 一、Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 Buck变换器有两种基本工作方式： CCM(Continuous current mode)：电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大于零DCM(Discontinuous current mode)：电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零 CCM时的基本关系：
开关电源中的电流型控制模式
开关电源中的电流型控制模式 摘要：讨论了开关电源中电流反馈控制模式的工作原理、优缺点，以及与之有关的斜波补偿技术。 关键词：开关电源；电流型控制；斜波补偿 1引言 PWM型开关稳压电源是一个闭环控制系统,其基本工作原理就是在输入电压、内部元器件参数、外接负载等因素发生变化时，通过检测被控制信号与基准信号的差值，利用差值调节主电路功率开关器件的导通脉冲宽度，从而改变输出电压的平均值，使得开关电源的输出电压保持稳定。 以开关电源中的降压型变换为例（其它类型如正激型、推挽型等，均可由降压型派生得到），图1表示了该变换器的主电路的基本拓扑结构。 图1降压型开关电源 根据选用不同的PWM控制模式，图1电路中的输入电压Uin、输出电压Uo、开关功率器件电流(可从A点采样)、输出电感电流(可从B或C点采样)均可作为控制信号，用于完成稳压调节过程。目前在开关电源中广泛使用的控制方式是通过对输出电压或电流(功率开关器件或输出电感上流过的电流)进行采样，即形成2类控制方式：电压控制模式与电流控制模式。 2电流控制模式的工作原理 图2为检测输出电感电流的电流型控制的基本原理框图。它的主要特点是：将采样得到的电感电流直接反馈去控制功率开关的占空比，使功率开关的峰值电流直接跟随电压反馈电路中误差放大器输出的信号。从图2中可以看出,与单一闭环的电压控制模式相比,电流模式控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路形成，内环由互感器采样输出电感电流形成。在该双环控制中，由电压外环控制电流内环，即内环电流在每一开关周期内上升，直至达到电压外环设定的误差电压阈值。电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的，并且监测输出电感电流的动态变化，电压外环只负责控制输出电压。因此电流型控制模式具有比起电压型控制模式大得多的带宽。
开关电源.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计
目录 第一章绪论 (1) 1.引言 (1) 第二章实验目的 (2) 第三章实验要求 (3) 3.1设计指标 (3) 3.2 Buck主电路的参数设计 (4) 3.3用Matla软件参数扫描法计算 (5) 3.4原始系统的设计 (6) 3.5补偿网络的设计 (8) 3.6总电路图的仿真 (12) 第四章心得体会 ..................................................................................................................... . (17)
第一章绪论 1.引言 现代自动化控制中，参数的自动控制占有很大的比例，这些控制多采用P、I、D的组合通常情况下，对系统的动态过程利用微分方程经拉普拉斯变换导出时间函数，可得到输出量的时间函数，但要得到系统的动态响应曲线，其计算量庞大。因而在一般情况下对控制结果很难得到精确的预见。矩阵实验室（Matrix laboratory,MATLAB）软件是一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统，历尽20多年的发展，现已是IEEE组织认可的最优化的科技应用软件。该软件有以下特点：数值运算功能强大；编程环境简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，开关电源比普通线性电源体积小,轻便化，更便于携带。常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。 2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck 族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。
开关电源控制模式的探讨_高孝天
2013年第12期 电力科技科技创新与应用 碳刷，其主要成分是碳黑、焦碳和石墨等各种碳素粉末材料组成，经2500度高温处理，使转化为微晶型人造石墨。这类碳刷具有优异的换向性和自润滑性能，广泛用于各类交直流电机，不但寿命长，而且对换向器的磨损小。但在不同类型的电机中，我们应该对其慎重筛选，发电机检测碳刷环位于励磁机端部，由于构造等原因，滑环与励磁机内部密封不良，易造成碳粉吹入励磁机内，造成设备绝缘电阻降低等现象，所以，选择耐磨、电阻率低、耐高温、经受线速度较高的碳刷是首选。 参考文献 [1]陈俊，王光，严伟，沈全荣.关于发电机转子接地保护几个问题的探讨[J].电力系统自动化，2008年，第32卷第1期. [2]李保民.发电机转子在线监测的研究[J].科技信息，2010（11）. 开关电源控制模式的探讨 高孝天 （哈尔滨工业大学电气工程学院电气工程系，黑龙江哈尔滨150001） 1开关电源概述 开关电源是在现代电子电力技术的发展基础上，控制开关管的开通及关断时间比率，以稳定输出电压的一种特殊的电源。一般来说，开关电源由脉冲宽度调制控制IC、MOSFET组成。随着科学技术的发展，开关电源技术也不断进行改革和创新。开关电源效率能够高达85%，与普通线性电源相比，开关电源的利用效率提高了一倍。同时，开关电源采用了小体积的滤波元件及散热器，可靠性、安全性也较高。从开关电源的类别来看，可以分成AC/AC、DC/DC等类型，其中，DC/DC开关电源的变换器已经实现了模块化设计和发展，因而得到用户普遍认可。 从开关电源的产生和发展来看，自上个世纪六十年代以来，由于晶闸管控制模式的出现，大大促进了开关电源的发展。到七十年代初期，开关电源进入了长时期的瓶颈时期，开关电源的效率问题更加突出。直至七十年代后期，由于集成电技术的创新，催生了各种开关电源芯片的产生。当前，集成化电源已经广泛应用于航天、彩电、计算机等各个领域中，随着半导体技术、电子技术的快速发展，电子设备的总量和体积不断减小，导致电源体积与电子设备的体积不相匹配。因此，开关电源体积成为当前研究的重点。 从我国开关电源的研究情况来看，在上个世纪六十年代，我国已经成功研制出稳压电源。经过十年的发展，稳压电源已经成功应用于电视机和中小型计算机。到八十年代，我国已经成功研制出了0.5~5MHz谐振的软开关电源。从八十年代起，我国开关电源进入了大规模更新换代的时期，现代晶闸管稳压电源逐渐取代了传统铁磁稳压电源，对办公自动化产生了很大的影响。进入九十年代，我国成功研制了新型专用的开关电源，供特殊行业使用，如卫星及远程导弹系统所使用的开关电源。经历了约半个世纪的发展，我国开关电源技术研发已经取得了较大的成就，开关电源应用范围也逐渐扩展，但与国外开关电源技术相比，在使用方法和集成度方面，我国还存在很大的不足，还应该继续加强开关电源研究及应用。 2开关电源数字控制技术分析 近年来，随着计算机技术及网络技术的快速发展，数字控制技术在社会生产生活中广泛应用。数字控制技术的产生，是由于控制领域的监控和计算任务的要求，如果采用模拟控制的方法，难以取得较好的效果。随着电子器件的高速化及小型化发展，开关电源控制模式也逐渐朝向数字化方向发展。开关电源数字控制技术，能够增强开关电源控制的智能化、自动化水平，为远程动态监测提供了良好的条件。在开关电源市场上，标准化电源越来越多。但与此同时，电源使用的行业需求也逐渐扩大，专业电源的市场需求呈现出不断增长的趋势。 目前，开关电源数字控制技术还处于半数字化时期，对于某些技术难度高的控制功率部分还比较困难。数字化控制技术的应用，受到复杂控制算法的影响，这也是开关电源在发展过程中应该解决的技术。 开关电源数字控制技术能够提高系统灵活性，也能够大大提高系统抗干扰能力。在开关电源运行过程中，应特别注意电流检测、控制延迟、控制精度等问题。在系统通信及监控电路方面，已基本实现数字化。数字化控制能够取代模拟电路完成电源启动的功能，同时，通过特定界面能够实现系统显示功能和通讯功能。在数字控制技术发展过程中，电源管理数字控制技术得到较快发展，开关电源数字控制技术应用范围也不断扩大。从开关电源的未来发展来看，数字控制技术已经成为开关电源控制模式的未来发展方向，发展前景非常广阔。 3电流型开关电源控制模式分析 电流型开关电源控制模式是开关电源控制模式的主要控制模式，与数字化控制模式相比，电流型开关电源控制模式有一些几个优点： 3.1具有较好的负载响应性能和回路稳定性 在开关电源运行过程中，电流脉冲幅值变化受到输出电流平均值的影响。因此，为了将开关电路控制在正常工作范围内，以电流型控制模式有较好的效果，能够充分发挥电感作用，保证开关电源处于正常工作状态下。 3.2在电压调整率方面效果较好 电流型控制模式的调整模式和线性稳压电源基本相同，在输入电压发生变动时，能够准确反映出电流电感变化情况，不需要经过任何的放大误差即可完成脉冲的比较，进而输出一定的脉冲宽度，这样就能够实现前馈控制的效果。 3.3并联运行能力比较好 电流型控制模式内环形成了一个受控电流的放大器，以电流控制型变换器能大大方便并联工作，而不需要事先采取其他措施，操作较为方便，且效果较好。 3.4能大大降低高频功率开关在变换电路时功率损耗，进而提高开关电源的运行效率。在开关电源运行过程中，其开通、断开过程必然会发生一定功率的损耗，如何降低功率损耗，对于开关电源的运行效率有很大影响。电流型控制模式能够通过内环参与电源控制的方法，在电压控制方面能够实现更加准确和快速，减少开关电源的功率耗损。 3.5能够逐个检查电源脉冲幅值变化情况，简化短路功能及过载保护功能，提高开关电源运行过程中的安全性及可靠性。由于电流型控制模式是通过内环控制，以电感电流来测量峰值变化情况，因为能够准确发现开关管及变压器的电流变化情况，避免了短路及过载情况对开关管和变压器造成的影响。 4结束语 科学技术的发展，促进了开关电源控制模式的变化。从开关电源控制模式的发展情况来看，电子电力技术的发展能够对开关电源产生深远的影响。开关电源控制模式经历了长时期的发展过程，微型化及高频化成为开关电源的未来发展趋势。为了实现这一目标，最重要的是加强技术创新，提高开关电源控制频率，将数字化控制技术作为开关电源研制中的核心技术和重要问题。同时，结合各电流型控制模式的特点及优点，能够实现开关电源全数字化控制的目标。 参考文献 [1]李丽平.开关电源控制模式分析[J].科技资讯,2012,(23):127-127. [2]韩新华.反激式开关电源的分析与研究[J].太原科技,2010,192(1): 95-96. [3]洪毅,邹雪城,李高等.一种基于电流控制模式的白光LED驱动芯片的设计[J].电子技术应用,2008,34(7):62-64. 摘要：随着科学技术的发展，开关电源数字化、模块化、高频化的实现，促进了开关电源控制技术的不断发展。文章主要对开关电源控制模式进行分析，结合开关电源发展的历程，探讨了开关电源数字化控制技术以及电流型控制模式，以供参考。 关键词：开关电源；控制模式；电子技术 123 --