稳流型开关电源控制系统研究
tl494场效应管稳压稳流电路_概述说明以及解释
tl494场效应管稳压稳流电路概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在电子设备和电路设计中，稳压稳流电路是至关重要的组成部分之一。
TL494场效应管稳压稳流电路作为一种常见的稳流、稳压解决方案，具有广泛的应用领域。
本文将对TL494场效应管稳压稳流电路进行概述说明以及解释，旨在帮助读者更好地理解该电路的原理和工作方式，并探讨其优点、不足以及未来的研究方向。
1.2 文章结构本文共包含5个章节。
在引言部分，我们将给出文章的概述，并介绍文章结构和目的。
接下来，第二章将详细介绍TL494芯片的基本特点和功能，以及场效应管的原理和特性。
第三章将对TL494场效应管稳压稳流电路进行概述说明，包括其基本原理、工作步骤以及实际应用中需要注意的事项。
第四章将解释TL494场效应管稳压稳流电路要点，包括输入信号调节与反馈控制方式、总体电路架构及其关键部分功能以及输出端线性调节与短路保护机制原理。
最后，第五章将总结本文对于数据采集总成设计过程中需注意的关键环节及对策，并对TL494场效应管稳压稳流电路的优点、不足以及未来研究方向进行展望。
1.3 目的本文旨在深入介绍和解释TL494场效应管稳压稳流电路的原理和工作方式，以帮助读者更好地了解该电路的设计思路和实用性。
此外，我们还将探讨该电路的优点、不足以及未来可行的研究方向，以期为相关领域的研究者提供参考和启发。
通过阅读本文，读者可以获得对TL494场效应管稳压稳流电路有关知识的全面了解，并且能够在实际应用中更加准确地使用和优化该电路。
2. TL494场效应管稳压稳流电路2.1 TL494芯片介绍TL494是一种广泛应用于开关电源和PWM控制系统中的集成电路。
它内部集成了一个误差放大器、比较器、死区控制器、PWM控制逻辑电路等。
该芯片以其高性能和可靠性而闻名，并且被广泛用于各种工业和消费电子产品。
2.2 场效应管原理和特性场效应管是一种常见的半导体元件，它的工作原理基于电场调控的导电机制。
开关电源的设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。
开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路：直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值，电容滤波器应该选择合适的容量，保险丝则是起到安全保障作用。
开关稳压电源控制电路
周期较长，甚至可能出现反复，有时一些参数的 确定需通过试验来得到。
二、控制电路结构及原理
控制电路的结构
uf if
反馈
调节器 u* i* 基准源
PWM
驱动
去主电路
封锁信号
保护
电压/电流/温度
并机均流
连接并机线
二、控制电路结构及原理
一、驱动电路
驱动电路是控制电路与主电路的接口，同开关电 源的可靠性、效率等性能密切相关。驱动电路需 有很高的快速性，能提供一定的驱动功率，并具 有较高的抗干扰和隔离噪声能力。
• 采用单一电源向负载供电。
• 特点：结构简单、成本低、但可靠性不高，一旦 电源发生故障，供电中断。
二、控制电路结构及原理
2、并联运行
• N个电源并联构成的电源系统向负载供电， 每个电源的功率为负载所需功率的1/N。 • 特点：每个电源发生故障时，供电不中断， 仅最大供电能力有所降低。电源数量多，成 本上升。用于可靠性要求较高的场合。
三、开关电源PWM控制原理
通常集成PWM控制器将误差电压放大器（EA）、振荡器
、PWM比较器、驱动、基准源、保护电路等常用开关电 源控制电路集成在同一芯片中，形成功能完整的集成电 路： • 基准源：提高稳定度的基准电压，作为电路中给定 的基准。 • 振荡器：产生固定频率的时钟信号，以控制开关频 率。 • 误差电压放大器：实际是一个运放，用来构成电压 或电流调节器。 • PWM比较器：将调节器输出信号uc转换成PWM脉冲的 占空比。
常用的集成PWM控制器:SG3525、TL494和UC3825、
UC3842/3/4/5/6、UC3875/6/7/8/9等。
基于UC3875的双闭环控制稳流型开关电源
器采样总负载电流转换为电压信号 作为电流外环的反馈输
项目经济效益（100 万元），数据来源于广东省科技计划项目。
入，电流外环的输出接到 UC3875 的脚 EA+上，作为电压内环的 参考文献
基准电压。
[1]毛鸿，吴兆麟，沈琦.高精度开关稳压电源系统分析与设计[J].
（2）UC3875 内部的运放及R 、R 、R 、C 、C 、C 组成电压内 电力电子技术，1999,4:1-4。
路开环传递函数，即输出电压扰动量与占空比扰动量的传递
《PLC 技术应用 200 例》
邮局订阅号：82-946 360 元 / 年 - 127 -
电源技术
《微计算机信息》(测控自动化 )2009 年第 25 卷第 7-1 期
函数
环补偿网络，接于 UC3875 的脚 EA-、脚 E/AOUT 上，具体参数
=80 。电路具体接法见图 2。
的驱动信号。图 4 为该稳流源正常工作时，负载由 2 突变为
技
3.3 电流外环参数设计
2.7 时，输出电压与电流的对应关系。从该图中可以看出，所
本控制电路的电流反馈环采用单极点-单零点补偿网络。 设计的补偿网络较好的满足系统的快速性和稳定性。
其传递函数为
术
（4）
其中
，
大器的反相端与正相端的电流基准vref比较输出的误差送引言uc3875的运算放大器正相端作为电压基准和反相端的输出wm变换器是一种应用广泛适用于直流电压电压采样信号比较最后的输出送芯片内的比较器与三角波较高输出功率较大又需要将负载与电源隔离的变换器该拓进行比较得到占空比变化的方波从而控制全桥变换器
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开关电源工作原理详解
开关电源工作原理详解
开关电源是一种将直流电转换为高频交流电，然后通过变压器进行变压、整流和滤波得到稳定的直流电输出的电源。
开关电源的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 输入电压调整：开关电源首先对输入电压进行调整，通常使用一个电压反馈回路来实现电压稳定。
具体方式是通过一个采样电阻将一部分输入电压反馈给一个比较器，与内置的参考电压进行比较并调整。
2. 脉冲宽度调制：为了将输入电压转换为高频交流电，开关电源使用脉冲宽度调制（PWM）技术。
通过调整一个脉冲调制器中的比较器输入电压来控制开关管的开关时间，从而调整输出电压。
3. 开关管控制：开关电源中的主要元件为开关管，通常使用MOSFET作为开关管。
通过控制开关管的导通和断开，可以将输入电压转换为高频的方波信号。
开关管的导通和断开通过PWM信号控制。
4. 变压器和整流：通过变压器将高频方波信号变换为适宜的电压，并进行整流。
变压器主要负责将输入电压变压到适合输出电压的比例，并通过整流电路将高频信号转换为直流信号。
5. 稳压和滤波：通过控制PWM信号的占空比和频率，可以调整输出电压的稳定性。
而后，通过滤波电容和电感器对输出直
流电进行滤波，减小输出电压波动。
6. 输出调节：将滤波后的直流电通过一个稳压稳流电路进行输出调节，确保输出电流和电压的稳定性和精度。
输出调节可以通过负载的变化来自动调整。
开关电源的工作原理利用了高频开关管的导通和断开来控制输出电压，通过变压器和整流电路将输入电压转换为稳定的直流电。
开关电源具有体积小、效率高、可调范围广等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
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。
线性稳压电源和开关稳压电源详解
线性稳压电源和开关稳压电源详解根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。
而在开关电源中则不一样，开关管(在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小;关——电阻很大。
开关电源是一种比较新型的电源。
它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。
但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。
?通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。
如图所示，电路由开关K(实际电路中为三极管或者场效应管)，续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。
当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。
由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。
一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用)，将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。
这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。
通过控制开关闭合跟断开的时间(即PWM——脉冲宽度调制)，就可以控制输出电压。
如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。
在开关闭合期间，电感存储能量;在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。
二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。
在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。
当开关断开时，电流很小;当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。
这就是开关电源效率高的原因。
什么是线性电源?线性电源(Linear power supply)是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。
开关电源五种PWM反馈控制模式
开关电源五种PWM反馈控制模式
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。
现在主要有
五种PWM 反馈控制模式。
下面以VDMOS 开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例，说明五种PWM 反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、详细电
路原理示意2 开关电源PWM 的五种反馈控制模式
一般来讲，正激型开关电源主电路可用
输入电压、电流等信号在作为取样控制信号时，大多也需经过处理。
由
于处理方式不同，下面介绍不同控制模式时再分别说明。
2.1 电压模式控制PWM (Voltage-mode Control PWM)
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对输出负载的变化有较好的响应调节。
缺点：①对输入电压的变化动态响应较慢;②补偿网络设计本来就较为复杂，闭环增益随输入电压而变化使其更为复杂;③输出LC 滤
波器给控制环增加了双极点，在补偿设计误差放大器时，需要将主极点低频衰。
开关电源的主要性能指标及其分析
开关电源的主要性能指标及其分析开关电源主要性能指标分为输入参数、输出参数、电磁兼容性能指标和其他标准等４类，它们是开关电源选择和设计制造的依据。
1、输入参数（1）输入电压国内应用的民用交流三相电源电压为３８０Ｖ，单相为２２０Ｖ。
目前，开关电源多采用国际通用电压范围，即单相交流８５～２６５Ｖ，这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压。
直流输入电压情况较复杂，从２４～６００Ｖ均有可能。
由于输入电压变化范围过宽，在设计开关电源过程中就必须留下较大裕量而造成浪费，因此，变化范围应在满足实际要求的前提下尽可能小。
（2）输入频率我国市电频率为５０Ｈｚ。
航空、航天及船舶用电源常采用４００Ｈｚ，它们的输入电压通常为单相或三相１１５Ｖ，整流后的脉动频率远高于工频，因而整流后所接滤波电容的电容量可减小很多。
（3）输入相数三相输入的情况下，整流后直流电压约为单相输入时的１．７倍，当开关电源功率大于５ｋＷ时，应选三相输入，以避免引起电网三相间的不平衡，同时可减小主电路的电流，以降低损耗。
功率为３～５ｋＷ时可选单相输入，以降低主电路电压等级，以降低成本。
（4）输入谐波电流和功率因数为保护电网环境、降低谐波污染、提高电能效率，许多国家和地区已出台相应的更高的标准要求（ＩＥＣ６１０００－３系列），对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定，因而，输入谐波和功率因数成为开关电源的一个重要指标，也成为设计、应用开关电源产品的一个重点。
但减小谐波电流和提高功率因数会增大电路的复杂程度，增加成本，可靠性也会随着元器件的增加而下降。
因此，应根据实际需要和有关标准来制定指标。
目前单相有源功率因数校正（ＰＦＣ）技术已基本成熟，附加成本也较低，可很容易使输入功率因数达到０．９９以上，输入总谐波电流小于５％。
三相ＰＦＣ技术还不成熟，若要使功率因数达到较高值（如高于０．９９），则需要６开关ＰＷＭ整流电路，其成本很可能会高于后级ＤＣ／ＤＣ变换器成本。
基于pic16f819的稳压稳流电源设计
电子设计工程Electronic Design Engineering第28卷Vol.28第2期No.22020年1月Jan.2020收稿日期：2019-06-18稿件编号：201906106作者简介：王娟（1984—），女，陕西武功人，硕士研究生，工程师。
研究方向：实验教学及检测技术与自动化装置。
随着科学技术的日益更新，电子产品的更新代换速度更是迅速，各种各样的电子设备、电气设备已经广泛的被使用在了教育、科研、生活等各个方面，作为电子设备的供电部分，单片机控制的开关稳压电源的稳定性、可靠性和实用性也有不同的指标要求[1-3]，特别是对低电压小电流的输出，很难做到宽范围内的调节。
将PIC 单片机应用到电源控制中，用户可根据自身需求选择不同资源型号的单片机，另外其内置AD 可以减少部分外围电路设计，提高控制效率[4-6]。
1总体设计1.1设计任务设计一款单片机控制的10V/1A 范围内可调的数显稳压稳流电源。
1.2系统方案系统总体方案原理框图如图1所示，本设计的供电电源使用了市场购买的开关电源将市电220V 输入转换为15V 直流输出，PIC16F819单片机输出PWM 波用来调节功率电路中三极管工作的开关状态，从而得到可调的输出信号。
为了保证输出的稳定，须从输出端分别采集电压和电流信号反馈给单片机进行处理。
采集的电压电流信号与设定的输入信号进行比较后，以此来调整PWM 波的脉宽输出。
2系统硬件介绍2.1主控电路采用PIC16F819芯片作为主控单元，它是基于PIC16F819的稳压稳流电源设计王娟，何诚刚，唐健明（西安交通大学城市学院电气与信息工程系，陕西西安710018）摘要：基于小功率开关电源控制的目的，本文提出了一种基于PWM 波控制的开关电源设计方案。
该方案采用PIC16F819单片机输出PWM 波经放大处理后，通过对功率晶体管2SA1443进行开关控制，并将采集的电压、电流信号经单片机内置A/D 转换后与预设输入信号比较，从而保证PWM 波占空比的合理输出，最后单片机根据要求把结果输出给液晶屏显示。
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Ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈｏｒｄｅｒｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄ－ｐａｓｓＦＩＲｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒＬＩＳｉ，ＡＮＷｅｉ－ｋｅ（ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｕｅｙａｎｇ４１４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）ｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒ，ａｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘＨｄ－ＣＴＷｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｓｑｕａｒｅｓｕｍｏｆａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄＦＩＲｆｉｌｔｅｒａｎｄｔｈｅｉｄｅａｌｆｉｌｔｅｒｌｅａｓｔｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐａｓｓｂａｎｄａｎｄｃｕｔｂａｎｄ．Ｔｈｅｉｎｖｅｒｔｍａｔｒｉｘｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｎｏｔｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｉｔｓｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｔｈｅｏｒｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｐｒｏｖｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｌｅａｒｎｉｎｇｒａｔｅｏｆｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｓａｍｐｌｅｄａｔａａｒｅｔｒａｉｎｅｄｉｎｐａｒａｌｌｅｌｔｏｓｐｅｅｄｕｐｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ＥｘａｍｐｌｅｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌＦＩＲｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎａｒｅｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｉｔｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｆａｓｔｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅ．ＴｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＨｕｎａｎ（０６ＪＪ５０１１）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒＦＩＲｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ稳流型开关电源控制系统研究蔡子亮，方波（许昌学院电信学院，河南许昌４６１０００）摘要：在建立全桥移相ＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器小信号模型的基础上对稳流型开关电源的控制系统进行了研究，给出了稳流型开关电源的闭环控制系统的电路组成和数学模型。
引入新型ＰＷＭ电源控制器ＵＣＣ３８９５对中大功率全桥移相软开关方式稳流型开关电源控制电路进行了具体设计。
稳流电源控制器由主控芯片ＵＣＣ３８９５及其外围的时钟与锯齿波形成、自适应死区设置、隔离驱动、保护、电压电流采样和调节器等子模块组成。
用Ｍａｔｌａｂ对控制参数进行了整定，采用ＰＳｐｉｃｅ电子仿真软件对系统进行仿真，结果表明根据系统小信号模型设计的开关稳流电源是可行的。
关键词：稳流；开关电源；控制系统；ＵＣＣ３８９５；ＰＳｐｉｃｅ仿真中图分类号：ＴＭ４４文献标识码：Ａ文章编号：１００６－６０４７（２００７）０８－００６９－０４电力自动化设备ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＶｏｌ．２７Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００７第２７卷第８期２００７年８月在许多工业领域中，根据应用要求需要电源具有稳流特性，传统的稳流电源常采用线性电源或相控电源，存在体积大、效率低、响应速度慢、可靠性差和电网污染严重等诸多缺点［１－４］。
这里引入新型ＰＷＭ电源控制器ＵＣＣ３８９５对中大功率全桥移相软开关方式恒流型开关电源控制系统进行研究和设计，并采用ＰＳｐｉｃｅ软件对所设计的系统进行了仿真分析。
１稳流型开关电源组成原理和技术指标稳流源主电路及其控制系统结构如图１所示，采用全桥移相ＰＷＭ软开关工作方式［５］。
主要结构参数有：变压器变比ＫＴ＝ｎ１／ｎ２＝１／１．２，输出滤波电感Ｌ＝１０ｍＨ，输出滤波电容Ｃ＝１μＦ，负载电阻Ｒ＝４０Ω。
其主要技术指标有：供电电源为三相，３８０Ｖ、５０Ｈｚ；输出功率４ｋＷ；开关工作频率１００ｋＨｚ；输出限压５００Ｖ；输出电流平均值１０Ａ可调；稳流精度０．５％。
２移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器小信号模型［６－８］２．１变换器的等效开环小信号模型电流源主电路拓扑为全桥结构，根据其工作原理，其电路结构可等效为降压型电路结构。
假定器收稿日期：２００６－１１－２９；修回日期：２００７－０５－２７图１稳流电源系统结构Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｔａｂｌｅｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ输出电压检测母线电流检测保护电路三相整流＋＋ＵＧ－Ｃｉ＋ＶＴＭ１ＶＴＭ２ＶＴＭ４ＶＴＭ３输出电流反馈ＶＤ１ＶＤ２ＬＵＣＣ－＋Ｕｏ－＋ＲＴＩＬ＋－比较器电流给定ＰＷＭ电路调节器驱动×ＶＴＭ１ＶＴＭ２ＶＴＭ３ＶＴＭ４－＋ＬＳ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!件开关特性理想，且状态转换是瞬间完成的，则通过对带隔离变压器的降压型电路拓扑的线性电路平均分析，可以得到全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的标准化平均等效电路模型，如图２所示，图中ＵＧ＋ｕ!ｇ（ｓ）为输入电压稳态量与扰动量的叠加，ＩＬ＋ｉ!Ｌ（ｓ）为电感电流稳态量与扰动量的叠加，ＵＣ＋ｕ!Ｃ（ｓ）为输出滤波电容电压稳态量（即输出电压Ｕｏ）与扰动量的叠加，Ｒ＋ｒ!（ｓ）为负载电阻值稳态量与扰动量的叠加，Ｄ和ｄ!分别为占空比的稳态量和扰动量，下同。
根据文中的设计参数，标准化模型中各参量分别为ｎ＝１／ＫＴ，Ｍ（Ｄ）＝Ｄ，ｅ（ｓ）＝Ｕｏ／Ｄ２＝ｎＵＧ／Ｄ，ｉ（ｓ）＝Ｕｏ／Ｒ＝ｎＤＵＧ／Ｒ，Ｌｅ＝Ｌ。
由图２所示的标准化模型或采用状态空间平均法可以建立全桥拓扑ＤＣ／ＤＣ变换器电感电流连续情况下的小信号数学模型，即状态变量扰动量ｘ!与输入电压扰动量ｕ!ｇ间的传递函数：Ｇｉｇ（ｓ）＝ｉ!Ｌ（ｓ）ｕ!ｇ（ｓ）＝Ｄ（Ｃｓ＋１／Ｒ）／ＫＴＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１Ｇｕｇ（ｓ）＝ｕ!Ｃ（ｓ）ｕ!ｇ（ｓ）＝Ｄ／ＫＴＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１（１）状态变量扰动量ｘ!与占空比扰动量ｄ!间的传递函数：Ｇｉｄ（ｓ）＝ｉ!Ｌ（ｓ）ｄ!（ｓ）＝（Ｃｓ＋１／Ｒ）ＵＧ／ＫＴＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１Ｇｕｄ（ｓ）＝ｕ!Ｃ（ｓ）ｄ!（ｓ）＝ＵＧ／ＫＴＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１状态变量扰动量ｘ!与负载扰动量ｒ!间的传递函数：Ｇｉｒ（ｓ）＝ｉ!Ｌ（ｓ）ｒ!（ｓ）＝－ＵＣ／Ｒ２ＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１Ｇｕｒ（ｓ）＝ｕ!Ｃ（ｓ）ｒ!（ｓ）＝ＵＣＬｓ／Ｒ２ＬＣｓ２＋Ｌｓ／Ｒ＋１２．２变换器恒流方式小信号闭环系统模型为避免主电路对控制电路的干扰，实现控制电路与主电路的电气隔离，并满足采样精度要求，在中大功率移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器应用场合，电流采样宜采用霍尔电流传感器，电流传感器可串在变换器直流输入母线返回端、逆变主变压器原边、输出滤波电感支路和负载支路上，但对于对稳流特性要求高的恒流电源而言，传感器宜直接设于负载支路，以提高负载扰动时动态响应速度。
电流采样设于负载支路时的电流源型移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器闭环系统基本结构框图如图３所示。
图中，Ｇｕｇ（ｓ）、Ｇｕｄ（ｓ）、Ｇｕｒ（ｓ）分别为开关变换器的输出电压对输入扰动、占空比和负载扰动的传递函数，其表达式已由式（１）（２）和（３）给出，ＧＲ（ｓ）为负载网络函数，负载为阻性负载，则ＧＲ（ｓ）＝１／Ｒ，ＧＣ（ｓ）为调节器传递函数，ＧＭ（ｓ）为ＰＷＭ环节传递函数，在线性工作范围内，ＧＭ（ｓ）＝ｄ（ｔ）／ｕａ（ｔ）＝１／Ｕｍ，Ｕｍ为锯齿波峰值。
Ｈ（ｓ）为电流取样反馈环节，电流取样隔离采用霍尔电流传感器，精度高、线性好，设输出电流整定值为１０Ａ，输出电流参数给定以电压形式给出，设置为２．５Ｖ，其传递函数Ｈ（ｓ）＝２．５／１０。
由图３可得：ｉ!ｏ＝ＧＣＧＭＧｉｄＧＲ１＋ＧＣＧＭＧｕｄＧＲＨｕ!ｒｅｆ＋ＧｕｇＧＲ１＋ＧＣＧＭＧｕｄＧＲＨｕ!ｇ＋ＧｕｒＧＲ１＋ＧＣＧＭＧｕｄＧＲＨｒ!（４）３稳流源控制系统设计３．１电流闭环小信号模型系统调节器参数设计［９－１１］根据上述分析可知，电流闭环小信号模型系统为二阶系统，而且输出滤波参数ＬＣ大，频率参数ｆｏ＝１／（２πＬＣ!）较低，所以，系统在中频段是以－４０ｄＢ／ｄｅｃ的斜率穿越零分贝线的，如果采用ＰＩ调节器，可以减小稳态误差，要想加快其响应速度，则需增大比例系数，这将导致系统不稳定。
为使系统满足稳态性能、动态性能和稳定性要求，应对系统进行校正，根据幅频特性，采用ＰＩＤ调节器可以满足要求。
设ＰＩＤ调节器传递函数为ＧＣ（ｓ）＝Ｋｐ１＋１／（τｉｓ）＋τｄ"#ｓ＝Ｋｐ（τｉτｄｓ２＋τｉｓ＋１）／（τｉｓ）（５）式中Ｋｐ、τｉ、τｄ分别为比例系数、积分校正和微分校正的时间常数。
ＧＣ（ｓ）有２个零点需要确定，根据开环波德图，其中一个零点设置于滤波环节的谐振角频率处（１÷ＬＣ!＝１／１０×１０－３×１×１０－６!＝１／１０－４＝１０４（ｒａｄ／ｓ）），另一个零点置于第一个零点约１／３频率处（（１０４／３）ｒａｄ／ｓ），即τｉτｄｓ２＋τｉｓ＋１＝１１０４ｓ＋$%１３１０４ｓ＋$%１＝３１０８ｓ２＋４１０４ｓ＋１（６）故τｉ＝４×１０－４（ｓ），τｄ＝３／４×１０－４（ｓ）。
图２全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的标准化平均等效电路模型Ｆｉｇ．２ＳｔａｎｄａｒｄａｖｅｒａｇｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆＦＢＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒＵＧ＋ｕ!ｇ（ｓ）ｉ（ｓ）ｄ!（ｓ）ｅ（ｓ）ｄ!（ｓ）ＵＣ＋ｕ!Ｃ（ｓ）Ｒ＋ｒ!（ｓ）ＬｅＩＬ＋ｉ!ＬＣ－＋１∶ｎＭ（Ｄ）＋－第２７卷电力自动化设备（２）图３电流源型ＤＣ／ＤＣ变换器闭环系统结构图Ｆｉｇ．３Ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｓｙｓｔｅｍｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕ!ｒｅｆ（ｓ）×ｕｅ（ｓ）ｕ!ａ（ｓ）ｒ!（ｓ）－＋ＧＣ（ｓ）ＧＭ（ｓ）Ｇｕｇ（ｓ）Ｇｕｒ（ｓ）Ｇｕｄ（ｓ）Ｈ（ｓ）＋＋＋ｕ!ｇ（ｓ）ｕ!Ｃ（ｓ）×ＧＲ（ｓ）ｉ!ｏ（ｓ）ｄ!（ｓ）（３）比例系数Ｋｐ根据波德图进行调整，使得系统在稳定的前提下有快的响应速度。
根据上述设置，用Ｍａｔｌａｂ进行仿真，当取Ｋｐ＝１０时，系统开环波德图如图４所示。
ＰＩＤ调节器电路如图５所示。
ＧＣ（ｓ）＝（ｓＲ１Ｃ１＋１）（ｓＲ２Ｃ２＋１）ｓＲ１Ｃ２＝Ｋｐτｉτｄｓ２＋τｉｓ＋１τｉｓ（７）若取Ｋｐ＝（Ｒ１Ｃ１＋Ｒ２Ｃ２）／（Ｒ１Ｃ２）＝１０，Ｒ１＝１ｋΩ，则Ｃ２＝４０ｎＦ，Ｒ２＝７．５ｋΩ，Ｃ１＝０．１μＦ。
上述ＰＩＤ调节器参数设计是基于开关电源系统小信号模型理论分析得到的，对于系统在稳态工作点附近的运行状况是有效的，但对于系统的大信号工况（如启动过程、大扰动等）未必合适［１２］，在系统仿真和实际系统调试过程中其参数尚需进一步检验和修正。