开关电源基本控制策略以及变压器磁通的复位

变压器磁通的复位

辅助绕组复位

变压器磁通复位 = = 磁能的泄放 = = 激磁电感续流

如图所示，开关闭合，输入电压给变压器激磁电感励磁，建立磁通;开关关断，激磁电感电流无处释放，因此磁芯无法复位。

理想变压器知识传递磁能，本身并不储存磁能，激磁电感无限大

实际变压器存在激磁电感

绕组换流时，由于存在漏感，开关电压尖峰

复位磁能返回电源

RCD钳位电路复位(正激变换器)

电路如图所示，RCD复位电容电压相当于一个小反激电路输出

RCD钳位电路具有磁复位的功能

可钳位原边绕组及开关电压

变压器复位磁通能由电阻Rr消耗

RCD钳位电路复位(反激变换器)

反激电路理论上可以实现自身复位，通过副边输出电压进行复位，因此不需要磁复位电路。但是变压器存在漏感，漏感电流同样需要泄放，否则引起电压尖峰

反激电路中的RCD电路用于变压器漏感磁通的复位

复位磁能由复位电阻消耗

谐波与功率因数校正技术

谐波

电子领域：由非线性器件引起波形失真

电工领域：由负载阻抗引起相位偏移

输出电容C越大，输出电压越稳定，但电流脉冲越窄，THD越大

同样负载功率下，电流脉冲越窄，电流峰值越大，造成损耗越大

电流波形失真会通过电网阻抗影响电源质量

PFC(功率因数校正)基本原理

功率因数校正的目的：使得输入电流与输入电压波形相同，即使得电流能跟踪电压的波形变化

由于输入电压为正弦交流，大小在0-Vm之间变化，因此首先需要选择升压(Boost)电路，且Vo>Vm

Boost电路CCM工作模式：固定频率Ts，改变占空比D，控制电感电流平均值跟随正弦电压。电感大，电流纹波小，控制复杂，二极管反向恢复。

Boost电路DCM工作模式：固定频率Ts和导通时间ton，改变断续时间。因为ton固定，电感电流自动上升至与电感电压成比例的值，之后下降到零，保证电感电流平均值与电压成比例。电感小，电流纹波最大，控制简单，没有二极管反向恢复。

Boost电路CRM工作模式：固定导通时间ton，电感电流自动上升至与电感电压成比例;之后电流下降为零时，开关管闭合。电感小，电流纹波大，开关管电流过零时导通，二极管过零时关断，频率变化。

开关电源基本控制策略

控制的目的

控制目的：

保持输出稳定。 由于电源电压和负载的变化，输出电压会随之变化，因此需要对输出电压进行控制，以保证输出电压的稳定或获得所需的输出电压

实现某种特定功能。 如DC/DC电源的PFC控制，太阳能逆变器的MPPT控制

控制的要求：

输出稳定

在各种 “干扰”情况下不能失控

对输出波动的影响小

对干扰的快速响应

被控制量： 输出电压，或输出电流，或输入电流，或输入阻抗

控制量： 开关的动作

滞环控制(Bang-Bang)

只需要一个简单的电压比较器，成本低

控制策略十分简单，预制驱动，不需要反馈

稳定性强，只要不超过环宽

开关工作频率是变化的，环宽越窄，频率越高;负载变化越快，频率越高

控制策略本身需要一定的输出电压纹波

由于难以帮助电感电压的伏秒平衡，需要额外电路

具有过流保护功能

恒定导通时间控制

控制简单，阈值驱动，本身稳定

电路简单，成本低

通过设定最小关断时间，保证电感复位

频率是变化的

控制策略本身需要一定的输出电压纹波

本身没有过流保护功能，因为没有检测电流峰值

电压控制模式

直接调节占空比D，控制输出电压Vo=D*Vi

电路实现：

采用误差放大器产生误差信号

采用振荡器产生给定频率脉冲

通过RC充放电电路产生给定斜波电压

通过比较器将被控量与锯齿波比较

产生PWM波控制开关占空比

特点：

电压控制是最传统的PWM控制

开关频率固定

简单的反馈补偿网络以实现精确控制，没有滞环本身误差

可能存在控制稳定性问题

如负载较轻，从CCM(线性模型)进入DCM(非线性模型)时存在稳定性问题

电压控制模式(峰值控制)

电路实现：

电感电流波形(纹波与平均值)与输入电压、输出电压以及占空比有关

采用误差放大器产生误差信号

将电压控制模式的斜波参考电压改为电感电流信号

开关峰值电流可以表征输出电流平均值

特点：

频率固定

电感电流随着输入电压增加而增加，因此对输入电压的变化响应是瞬时的

对负载的变化，要通过电感电流起作用，有延迟

平均电流控制

电路实现：

采用误差放大器产生电压误差信号

采用振荡器产生给定频率脉冲

将电压误差信号与电感电流信号比较后，再与给定PWM斜波电压比较

特点：

直接检测和由平均电流来控制，效果好

需要检测电感完整波形，检测复杂，不如峰值电流检测灵活方便

由于有“平均”环节，抗噪声能力强

需要高增益放大器，成本高

电源输出的稳定与调整率

电源稳定性的要求

控制的目的： 提供一个不受干扰的稳定和精确的电源输出

实现思路： 通过一个高增益控制系统来保证输出电压跟随参考电压

稳定问题： 对于高增益，很小的误差信号可能调整很大的输出电压，即很“灵敏”，当系统是稳定时，将迫使误差为零，即输出电压很稳定。但是对高增益的闭环反馈系统，系统的控制精度与系统稳定性是一个挑战，因为高增益意味着对微小的扰动都会做出反应

干扰信号特性：

强弱：一般为微小信号，信号越大，说明干扰越强

快慢：任何一个干扰信息可以通过FFT分解为不同频率的各次谐波的合成，频率越高，说明干扰越快

稳定性指标： 经过控制系统的反应后，干扰会发生变化

大小变化：增益

相位变化：相移

电源的调整率

负载调整率： 电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出电压会降低，相反负载减少，输出电压升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%~5%。负载调整率实际上就反应了电源的内阻抗，好的电源输出接负载时电压降小。负载调整率=(满载时输出电压-半载时输出电压)/额定负载时输出电压。

电源调整率： 定义为电源供应器输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。电源调整率通常以一正常规定负载下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差的百分比，即(Vo(最大)-Vo(最小))/Vo(正常)。

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