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单周控制混合电源的原理
来源:海口金丰泉 发表时间:2013-3-15 点击:2268 次

单周控制的线性-开关混合电源在电源的输入电压有扰动时,普通PWM(脉冲宽度调制)控制的混合电源抗扰动性比较差。针对这种情况,笔者提出了基于单周控制的混合电源,以有效抵制电源的输入电压扰动对输出电压的影响,提高混合电源的控制精度。单周控制混合电源的原理。

  线性电源和单周控制的开关电源并联构成了单周控制的线性-开关混合电源。线性电源由2个工作在线性放大区的晶体管Q1和Q2构成,取样电阻对输出电压 vout取样,取样电压vm与线性电源的参考电压Vref经过PI调节,使输出电压vout达到预设值,实现控制输出电压的目的。同时,电流取样装置对线性电源输出电流iLin取样,经PI调节器输出的电压vsr作为单周控制开关电源的基准电压。当vint>vsr时,比较器输出高电平,RS触发器置0,Q端输出低电平,Q输出高电平,使复位开关闭合,积分器复位,vint=0.在下一个周期开始时,RS触发器置1,Q端输出高电平,Q输出低电平,使复位开关断开,vint又从0开始积分。原理中,Q1为NPN型,Q2为PNP型,Cint是积分电容,它与电阻Rf构成单周控制开关电源的积分常数。当iLin>0,线性电源通过Q1提供正向电流;当iLin<0,Q2为电流iLin提供负向通路。在分析时,可将线性电源简化为一可提供正向和负向电流的电流源。

  假设单周控制的参考信号和负载不变,电源电压发生扰动,这必将改变二极管上的电压。因此,电源电压的扰动会直接迅速地影响占空比d,使每一个开关周期内,二极管电压的积分都为一常数。所以,当系统的输入电压有扰动时,采用常规PWM控制的混合电源不能有效抑制这种扰动,电路中了得到稳定的负载输出电流iout,主要靠线性电源满足这种变化,这势必造成线性电源的损耗增加,降低效率。笔者采用单周控制能很好地抑制输入电压扰动产生的影响,减小线性电源为抵制扰动输出的电流iLin,从而减小损耗,提高效率。

  仿真研究在相同的输入输出条件下,对采用常规PWM控制的混合电源以及采用单周控制的混合电源2种电路进行了对比仿真研究。仿真参数:输入电压vin=20V,扰动幅度3V,扰动频率100Hz,输出电压10V,负载电阻58,开关频率f=25kHz.

  输入电源扰动时输出电压波形是输入电源电压扰动时,输出电压的仿真波形。最上面的波形示输入电源电压波形;中间的波形示单周控制的混合电源输出电压波形,其波动范围在3mV以内;最下面的波形示常规PWM控制的混合电源输出电压波形,波动范围达到7mV.可以看出采用单周控制的混合1电源输出电压精度优于后者。输入电源扰动时线性电源输出电流波形是输入电源电压扰动时,线性电源提供电流的对比仿真波形。最上面的波形示输入电源电压波形;中间的波形示单周控制的混合电源中线性电源提供的线性电流波形,平均值为30mA,其波动仅为20mA;最下面的波形示常规PWM控制的混合电源中线性电源提供的线性电流波形,平均值为60mA,其波动为80mA.可以看出前者抑制扰动的能力高于后者,而且单周控制的混合电源提供的线性电流平均值更小,线性电源的损耗更小,因而效率高于常规PWM控制的混合电源。

  结论笔者对混合电源进行了理论分析,将单周控制理论应用于混合电源中。从理论分析和仿真结果可以看出,单周控制的混合电源不仅在负载跳变时能够提供稳定的输出电压,而且在输入电压有扰动时,单周控制的混合电源无论是在输出电压的精度还是在线性电源提供的线性电流波动幅度的大小上,与常规PWM控制的混合电源相比,性能均优于后者。


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