開關電源控制模式分析

李麗平

摘要：開關電源高頻化、模塊化、數字化的實現，標志著開關電源控制技術的成熟，本文分析了開關電源控制模式，在總結了開關電源發展歷程的基礎上分析了數字化控制及電流型控制模式的優點。

關鍵詞：開關電源控制模式數字化控制模塊化

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

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

1開關電源概述

開關電源是伴隨著電力電子技術的進步而發展起來的，由于具有高效節能、輕巧便捷等特點，開關電源得到了越來越廣泛的應用。開關電源的效率可達到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，具有良好的發展前途。可將開關電源分為AC/AC和DC/DC電源等類型，其中DC/DC電源變換器已實現了模塊化的設計和發展，得到了廣大用戶的普遍認可。

2開關電源發展歷程

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

如今，集成化的電源已被廣泛應用于計算機、航天、彩色電視等各個領域，且隨著微電子技術、半導體技術的進一步發展，功能更強大，集成度更高的超大規模集成電路的出現，電子設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，在現代化的電子產品中，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60年代開始就研制出了穩壓電源，20世紀70年代后期穩壓電源已在我國的白電視機及中小型計算機中進行了應用，其中主要是5V，20～200A，20kHz的AC/DC開關電源，自80年代開始進入大規模使用階段，此時我國已開發出了0.5～5MHz的諧振軟開關電源。

至80年代中期，我國通信電源在AC/DC及DC/DC開關電源領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模的更新換代，從傳統的鐵磁穩壓電源更換為現代的晶閘管穩壓電源，在逐步應用于辦公室自動化設備中。至90年代我國又研制出了一種新型的專用開關電源，專門保障特殊領域的電源之用，如衛星運行過程中的開關電源及遠程導彈系統中的開關電源等。多年來，雖然我國在開關電源的應用方面已經取得了很大的進步，但相比發達國家已較成熟的開關電源技術，我國在集成度和使用方法上仍存在較大不足，還應加強開關電源的研究與應用。

3開關電源的數字控制技術

近年來，隨著數字信號處理器及編程邏輯器等技術的快速發展，數字控制技術在諸多電力電子領域取得了廣泛的應用，這些控制領域的計算和監控任務是非常復雜的，難以用模擬控制的方法完成較好的控制性能，因此產生了數字控制的要求。

隨著DSP等電子器件的小型化及高速化發展，開關電源的控制也正朝著數字化的方向發展，數字化增強了開關電源控制部分的智能化水平，為實現動態遠距離監測奠定了基礎。在開關電源的市場中，標準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，數字化控制電源匯集了標準電源及特征電源的優點。

然而，當前開關電源的數字化控制還停留自半數字化階段，對于控制器中技術難度最高的功率控制部分是現階段還難以解決數字化控制，這也是當前學術界研究的重點內容之一。數字化控制技術是否能在開關電源中得到推廣性的應用，主要取決于復雜控制的算法能否實現及能否滿足較高的動態性能和指標等，這將是開關電源實現數字化控制所面臨的核心問題。

通過數字化控制能夠提高系統的靈活性，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，在保護與監控電路、及系統的通信等方面都已實現了數字化，同時數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系統的通訊與顯示功能。隨著越來越多的數字控制技術應用于電源的管理，開關電源的數字化技術必將得到廣泛的應用，數字化控制技術是開關電源控制模式的發展方向，業界十分看好開關電源數字化發展前景。

4電流型控制模式

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

（1）具有較高的電壓調整率，其調整過程與線性穩壓電源類似，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）具有較好的回路穩定性能和負載響應性能。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的，因此電流型控制模式能較好地發揮電感的作用。

（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環是采用電感電流峰值檢測技術的，因此可以靈敏地發現變壓器或者開關管中的電流值，避免了過載和短路對變壓器及開關管的影響。

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

（5）具有良好的并聯運行能力。由于電流控制型的內環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工作，而不其它均流措施。

5結語

開關電源的發展趨勢是高頻化和微型化，實現這一目標的主要手段是提高開關電源的控制頻率，數字化控制技術作為解決該項問題的核心技術，具有廣闊的應用前景，同時應結合電流控制模式的優點，實現開關電源的全數字化控制。

參考文獻

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