開關(guān)電源控制模式分析

李麗平

摘要：開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化的實現(xiàn)，標(biāo)志著開關(guān)電源控制技術(shù)的成熟，本文分析了開關(guān)電源控制模式，在總結(jié)了開關(guān)電源發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上分析了數(shù)字化控制及電流型控制模式的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源控制模式數(shù)字化控制模塊化

中圖分類號：TM910 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0127-01

開關(guān)電源作為一種能夠穩(wěn)定持續(xù)輸出電壓的電源，其主要是由控制開關(guān)晶體管控制開通和關(guān)斷時間的，因此，在開關(guān)電源中最重要、最核心的部分就是控制電路，本文進行了開關(guān)電源控制模式分析。

1開關(guān)電源概述

開關(guān)電源是伴隨著電力電子技術(shù)的進步而發(fā)展起來的，由于具有高效節(jié)能、輕巧便捷等特點，開關(guān)電源得到了越來越廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源的效率可達(dá)到85%以上，與普通的線性電源相比其效率提高了近一倍，且其可靠性也較高，采用了體積較小的散熱器和濾波元件，具有良好的發(fā)展前途?？蓪㈤_關(guān)電源分為AC/AC和DC/DC電源等類型，其中DC/DC電源變換器已實現(xiàn)了模塊化的設(shè)計和發(fā)展，得到了廣大用戶的普遍認(rèn)可。

2開關(guān)電源發(fā)展歷程

開關(guān)電源的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了40多年，早期開發(fā)的開關(guān)頻率非常低，且價格較高，只能應(yīng)用于衛(wèi)星等少數(shù)要求電源質(zhì)量較高的領(lǐng)域。但自20世紀(jì)60年代晶閘管相位控制模式出現(xiàn)后開關(guān)電源經(jīng)歷了較快的發(fā)展，70年代時制約開關(guān)電源發(fā)展的瓶頸主要是效率問題，同時由于調(diào)試工作困難而難以大規(guī)模的推廣應(yīng)用。70年代后期，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，各種專用的開關(guān)電源芯片進入市場，將控制電路、驅(qū)動電路、保護電路和檢測電路封裝在一起的模式非常有利于開關(guān)電源的發(fā)展，由于焊點減小提高了開關(guān)電源的可靠性，同時也由于集成化的發(fā)展是開關(guān)電源的體積減小，為應(yīng)用帶來了極大的便利。

如今，集成化的電源已被廣泛應(yīng)用于計算機、航天、彩色電視等各個領(lǐng)域，且隨著微電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)的進一步發(fā)展，功能更強大，集成度更高的超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，電子設(shè)備的體積和重量仍在不斷減小，但與之相匹配的電源體積卻大的多，在現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品中，電源的體積要比微處理器大10倍以上，因此，如何縮小電源的體積就是一項非常具有意義的研究課題。相關(guān)的理論分析表明，電源體積與其供電頻率的平方根是呈反比例的，當(dāng)電源頻率從50Hz提高至20kHz后其體積將縮小400倍，但頻率的提高也會對整個電路的元器件帶來新的要求，目前超高頻電源對電子器件的影響正在進一步研究之中。

我國從20世紀(jì)60年代開始就研制出了穩(wěn)壓電源，20世紀(jì)70年代后期穩(wěn)壓電源已在我國的白電視機及中小型計算機中進行了應(yīng)用，其中主要是5V，20～200A，20kHz的AC/DC開關(guān)電源，自80年代開始進入大規(guī)模使用階段，此時我國已開發(fā)出了0.5～5MHz的諧振軟開關(guān)電源。

至80年代中期，我國通信電源在AC/DC及DC/DC開關(guān)電源領(lǐng)域中所占的比例還是較低的，從80年代開始，我國的通信電源開始進行大規(guī)模的更新?lián)Q代，從傳統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓電源更換為現(xiàn)代的晶閘管穩(wěn)壓電源，在逐步應(yīng)用于辦公室自動化設(shè)備中。至90年代我國又研制出了一種新型的專用開關(guān)電源，專門保障特殊領(lǐng)域的電源之用，如衛(wèi)星運行過程中的開關(guān)電源及遠(yuǎn)程導(dǎo)彈系統(tǒng)中的開關(guān)電源等。多年來，雖然我國在開關(guān)電源的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了很大的進步，但相比發(fā)達(dá)國家已較成熟的開關(guān)電源技術(shù)，我國在集成度和使用方法上仍存在較大不足，還應(yīng)加強開關(guān)電源的研究與應(yīng)用。

3開關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)

近年來，隨著數(shù)字信號處理器及編程邏輯器等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在諸多電力電子領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，這些控制領(lǐng)域的計算和監(jiān)控任務(wù)是非常復(fù)雜的，難以用模擬控制的方法完成較好的控制性能，因此產(chǎn)生了數(shù)字控制的要求。

隨著DSP等電子器件的小型化及高速化發(fā)展，開關(guān)電源的控制也正朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，數(shù)字化增強了開關(guān)電源控制部分的智能化水平，為實現(xiàn)動態(tài)遠(yuǎn)距離監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。在開關(guān)電源的市場中，標(biāo)準(zhǔn)電源的份額正在逐步擴大，但同時由于電源的使用是因系統(tǒng)不同而不同的，因此其對某種特制電源的需求是非常強烈的，數(shù)字化控制電源匯集了標(biāo)準(zhǔn)電源及特征電源的優(yōu)點。

然而，當(dāng)前開關(guān)電源的數(shù)字化控制還停留自半數(shù)字化階段，對于控制器中技術(shù)難度最高的功率控制部分是現(xiàn)階段還難以解決數(shù)字化控制，這也是當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的重點內(nèi)容之一。數(shù)字化控制技術(shù)是否能在開關(guān)電源中得到推廣性的應(yīng)用，主要取決于復(fù)雜控制的算法能否實現(xiàn)及能否滿足較高的動態(tài)性能和指標(biāo)等，這將是開關(guān)電源實現(xiàn)數(shù)字化控制所面臨的核心問題。

通過數(shù)字化控制能夠提高系統(tǒng)的靈活性，提高通信界面及抗干擾的能力，但在要求較高的開關(guān)電源中，控制精度、控制延遲及電流檢測等因素是急需要解決的問題，在保護與監(jiān)控電路、及系統(tǒng)的通信等方面都已實現(xiàn)了數(shù)字化，同時數(shù)字化也可以取代模擬電路來完成電源的啟動動能，通過特定的界面實現(xiàn)系統(tǒng)的通訊與顯示功能。隨著越來越多的數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于電源的管理，開關(guān)電源的數(shù)字化技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)字化控制技術(shù)是開關(guān)電源控制模式的發(fā)展方向，業(yè)界十分看好開關(guān)電源數(shù)字化發(fā)展前景。

4電流型控制模式

開關(guān)電源的另類主要控制模式就是電流型開關(guān)電源控制，其與數(shù)字化控制模式相比具有以下幾個方面的優(yōu)點。

（1）具有較高的電壓調(diào)整率，其調(diào)整過程與線性穩(wěn)壓電源類似，輸入電壓稍微變化即可反映電感電流的變化，不經(jīng)過任何誤差的放大就可完成脈沖比較進而輸出脈沖寬度，這實際上是起到了前饋的控制作用。

（2）具有較好的回路穩(wěn)定性能和負(fù)載響應(yīng)性能。由于在電感中其電流脈沖的幅值是與輸出電流的平均值相關(guān)的，因此電流型控制模式能較好地發(fā)揮電感的作用。

（3）具有逐個檢測脈沖幅值的功能，簡化了過載保護和短路功能，提高了工作的可靠性。且由于電流型控制模式控制內(nèi)環(huán)是采用電感電流峰值檢測技術(shù)的，因此可以靈敏地發(fā)現(xiàn)變壓器或者開關(guān)管中的電流值，避免了過載和短路對變壓器及開關(guān)管的影響。

（4）降低高頻功率開關(guān)變換電路的功率損耗，提高開關(guān)電源的效率。由于功率開關(guān)管在開通和關(guān)斷時有一定的功率損耗，但對電流控制型來說，因內(nèi)環(huán)電流參加控制，使其較電壓控制型這種單環(huán)控制更快速、準(zhǔn)確。

（5）具有良好的并聯(lián)運行能力。由于電流控制型的內(nèi)環(huán)如同一個良好的受控電流放大器，所以使采用電流控制型的變換器可方便地并聯(lián)工作，而不其它均流措施。

5結(jié)語

開關(guān)電源的發(fā)展趨勢是高頻化和微型化，實現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段是提高開關(guān)電源的控制頻率，數(shù)字化控制技術(shù)作為解決該項問題的核心技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，同時應(yīng)結(jié)合電流控制模式的優(yōu)點，實現(xiàn)開關(guān)電源的全數(shù)字化控制。

參考文獻

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