探討開關型穩壓電源的電路設計

【摘要】在實際應用中，開關型穩壓電源是通過移相對來全橋DC/DC進行小信號的交換。根據其自身系統的特性來進行電路設計。筆者根據相關的技術指標與實驗過程驗證，對開關型穩壓電源進行相關的電路設計闡述，以供讀者參考。

【關鍵詞】開關型 直流穩壓電源 探究 電路設計

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0163-02

在電力電子技術的不斷發展與技術革新下，開關型直流穩壓電源以其自身的工作表現與其可靠性成為我國電力系統中廣泛使用的一種設備。在實際應用中，開關型直流穩壓電源自重輕，工作內故障低，工作效率高，且其性價比占優勢，并具有功耗曉得良好表現。相比于其他開關型電源，開關型穩壓電源應用范圍廣，競爭力強，特別是對于粒子加速器等電源應用范圍來說，開關型穩壓電源具有著良好的專業性與穩定性。通過對于開關型穩壓電源的技術標準研讀與相關的影響因素分析，目前此類技術研究區域人員都是采用移相控制橋來對DC/DC變換小信號模式進行開關型穩壓電源的電路設計。

1.對于動態小信號模型的相關闡述

對于動態小信號模型來說，不同的模型選取進而得到的設計結果都會存在差異。所以，在模型的選取上，應根據其實際情況進行分析與配置。對于開關電源來說，其本質是作為一個非線性的控制對象在進行工作，如果要對其進行成功的設計與分析，那么在進行指導建模時，應以近似建立在其穩態時的小信號擾動模型為依據。這一思路一方面取決于小信號擾動模式穩態時具有與設計目標相近的工作表現；另一方面也是由于這樣的模型對于大范圍擾動時的擬態不夠精準，會造成相應結論的誤差或偏差?；诖?，以小信號擾動模型來進行開關型穩壓電源的電路設計是保證其最終設計結果滿足設計要求的必要條件。

2.開關型穩壓電源的相關性能指標

2.1性能指標之穩定性。通過相關數據與實踐結果研究表明，在不同的開關型穩壓電源系統設計下，會產生不同程度的魯棒性。而在暫態特性方面，其表現也會相應提高。但對于直流新穩壓電源來說，其系統下對于增益余量的要求是大于或等于40dB，對于相位余量的要求則是大于或等于30dB。

2.2性能指標之瞬間響應指標。當開關電源處于非穩定狀態下，由于其所受的干擾，輸出量會出現相應的抖動現象。且其抖動量會隨著其干擾而變化，當干擾停止時，則其最終也會回到穩定值，基于此，在對開關型穩壓電源進行這方面的性能指標確定時，是以過沖幅度與動態恢復時間的長短來衡量其系統的動態特性的。在此定義下，瞬態響應指標內容主要是表現為，如果穿越頻率越高，則其系統恢復到動態平衡點的時間就越短，另一方面，系統在干擾情況下所表現的過沖幅度與其相位余量呈相關性。

2.3性能指標之電源精度。在電源精度方面，其控制要求嚴格，一般其最終的電源精度誤差需要控制在設計目標的1‰以下，且其紋波不得在1‰以上。考慮到紋波自身的分類有高頻與低頻兩種，而這兩種紋波是基于開頭頻率表現的。如高頻紋波就是受到開頭頻率的影響，必須通過濾波器進行控制。而低頻紋波則是受到電網波動的影響，必須通過系統的負反饋來進行控制。

3.關于開關型穩壓電源的電路設計

3.1關于系統下的補償網絡與相關相關設計應用。目前來說，對于開關型直流穩壓電源系統來說，其補償網絡是通過PI或者PID的算法來設計與制作的。也就是說，PI調節器的主要作用是對抗高頻紋波影響，也就是提高系統對于高頻干擾能力的抵抗性，但對于PI調節器來說，動態性差的缺點是無法忽視的。目前來說，實際應用中通過引入微分算法后可以有效提高系統的響應速度。但其缺點也顯而易見：一方面是由于零點的大量引入直接造成系統對于高頻信號的敏感度大幅度提高，放大器在此情況下，很容易產生堵塞現象；另一方面則是當開關紋波的放大倍數得到增大時，放大器也會隨之進入非線性區，這結果只會造成整個系統的不穩定。目前來說，對于這些缺陷是以超前滯后的方法來進行補償的。

3.2關于開關型穩壓電源的電路設計原理

3.2.1理想性技術指標如下：（1）輸入交流：電壓220V（50—60Hz）；（2）輸出直流：電壓5V，輸出電流3A；輸入交流電壓在180—250V區間變化時，輸出電壓相對變化量應小于2%；（4）輸出電阻R0<0.1歐；（5）輸出最大紋波電壓<10mv。

3.2.2關于開關型穩壓電源的基本工作原理。當線性自流穩壓電源處于低頻率工作狀態下時，那么調整管的工作由于其體積大，則其效率相應低，但當其調整管工作處于開關狀態下時，那么其的工作表現就為體積小，效率高。

3.3開關型穩壓電源的電路設計探究。從以上論述可以看出，開關型直流穩壓電源系統其低功耗的特點是由于晶體管位于開關工作狀態下時，對于功率調整管的功耗要求低。特別是對于理想狀態下的晶體管來說，當其處于一種截止狀態時，晶體管所經過的電流為0，相應的功耗也就為0；另一方面，由于開關型穩壓電源系統的穿越頻率較高，所以對于電路的動態響應速度得以提高，而且整個系統的響應速度不受低通濾波器的影響；另外，相對于直流470V的電壓來說，并環穿越頻率遠未達到這一頻率，輸出只為48V，特別是其電壓穩定性方式，經過測試，其低頻紋波穩定率都在0.996以上，完全滿足了設計要求。

4.結語

綜上所述，在進行開關型穩壓電源的電路設計時，小信號的模型選擇是關鍵點。為了進一步提高開關型穩壓電源系統的穩定性，超前滯后網絡補償原理有效地彌補了精度電源的紋波限制高的問題。通過實踐也表明，開關型穩壓電源的適用性非常強，必將為人們生活提供更好的服務。

參考文獻：

[1]湯世俊.淺談高性能開關型直流穩壓電源[J].學術探討，2011，（10）.

[2]樊思絲.高性能開關型直流穩壓電源的設計探究[J].企業技術開發，2011，（03）.

[3]王滔.開關型穩壓電源[J].科技風，2012，（11）.

作者簡介：

孫麗華（1991.1—），女，海南樂東人，學士學位，研究方向：物理學。endprint