基于PWM雙閉環的檢測儀器開關電源設計

楊超麟

【摘 要】介紹了一套基于PWM的雙閉環的檢測儀器開關電源系統，敘述了雙閉環電源系統的構建方法，該設計中，開關電源屬于大電流低電壓，控制核心為脈寬調制控制電路。本開關電源的核心技術部分是PWM脈沖寬制調制，采用國外先進的直流-直流變換處理器，能夠保證電壓和電流的穩定輸出。根據開關電源的設計要求，列出電路結構、核心控制部分、電流電壓等重要參數。試驗結果表明，該電源工作穩定，能夠使檢測儀器穩定可靠的工作。

【關鍵詞】PWM；雙閉環；檢測儀器；開關電源

0 引言

隨著我國科技不斷穩步發展，越來越多的設備需要用到電源，如：穩壓電源、直流電源、交流電源等等。但隨著設備先進性的不斷提高，設備的功能越來越強大，對電源的要求也越來越高，特別是檢測儀器儀表，精度要求非常高，需要有非常穩定可靠的電源來確保測量精度。因此，開關電源取代普通的電源設備，廣泛應用于檢測儀器儀表中。本文設計一種基于PWM脈沖寬制調試的雙閉環開關電源，采用國外先進的全波整流控制器，該控制器工作模式不僅可以是電流式也可以是電壓式，還能夠為諧振零電壓開關提供高效、高頻的解決方案，因此具有非常廣闊的應用前景。本文采用全橋整流裝置，利用雙閉環負反饋的直流-直流變換控制系統，能太太提高開關電源的電壓、電流等精度，符合檢驗檢測儀表行業的要求。

1 檢測儀器電源系統概況

隨著信息時代的發展，便攜式電子產品被越來越多的消費者親睞。與此同時，解決能量消耗即電源管理問題成為重中之重。因此，具有高效節能特型的開關電源在近年來發展迅速，并在計算機通訊等領域的應用越來越廣泛。而PWM型開關電源芯片就具備了此類特性，其核心技術集中在控制環節。此設計采用PWM控制電路，適用于開關電源芯片控制。對PWM調制電路為保證開關電源正常工作應具有的功能展開分析，得到設計要求。對PWM控制電路的組成模塊、分類、基本原理及各項性能指標，進行細致深入的研究，最后得到調制電路的基本電路結構及滿足性能指標的組成模塊，對各個模塊的功能和邏輯是電路設計的重點，最終該電路實現能產生一定脈沖驅動信號的功能。

2 系統控制原理圖

雙閉環負反饋PWM秒沖寬制調制系統中，有兩級的反饋系統。串級系統即是電流雙閉環反饋系統，而轉速反饋構成外環系統，內環是電流反饋。本方案設計三處進行系統的電流取樣反饋，取樣電流值和系統設計的電流值相比較，當取樣電流值過大時，系統會自動調節降低工作電流；但取樣的電流過小時，系統會自動調節提高工作電壓，這是內環電流反饋的工作情況。外環的轉速反饋系統，系統通過電壓檢測裝置檢測系統的電壓情況，再與設計的電壓值相對比進行電壓高低的調節，達到穩定電壓的效果?；陔p閉環的設計思想，圖1中的各個部分相互獨立工作、互不影響，如果某一部分出現故障，不影響另一部分系統的工作，系統內部由電流形成負反饋，外部由電壓形成負反饋系統。電流電壓負反饋一起運作，能太太的提高系統的穩定性和進度，滿足檢測儀器儀表的使用要求，達到良好的效果。雙閉環反饋系統原理如圖1所示。

圖1所示虛線框中的1#.2#.…….N#是各個高頻開關電源，其穩壓或穩流精度很高，原因在于該內部自動控制原理圖最終可以簡化為一階系統比例積分環節，圖中它們工作在穩流狀態下。

3 硬件電路設計

圖2為開關電源的硬件電路組成部分，設計采用國外先進的放大器作為本設計的核心器件。芯片的1腳與3腳相連接，構成差分放大，能有效的減小誤差，提高設計的精度。

圖2所示輸出法人取樣電壓通過R5和R6設置，電壓輸出端與電阻5和6形成零點電位，電阻1/2/3與電容1/2/3形成效應，與PI構成補償系統，電阻1和7在電路中形成增益作用。在電流內環中加入斜坡補償以保證系統的穩定性。硬件電路通常容易出現不對稱信號的問題，本設計利用電壓負反饋補償信號的作用，將電阻8作為上拉電阻提供直流電壓，與RC構成的多謝震蕩器作用，提供反饋電壓，從而解決波形的不對稱性。圖中電流檢測信號Is經過I-V變換電路轉換成電壓信號。芯片741是一個PWM脈沖寬制比較器，根據比較器原理，依據三極管放大電路原理，在芯片3腳接地，芯片的2腳相當于一個反相輸入端，對信號進行比較。其內部的過流及限流比較器實現逐周期過流及限流保護。當2 V2.5 V時，執行過流保護模式。

4 結語

本設計依據3895芯片，利用雙閉環負反饋的原理，引入電流負反饋和電壓負反饋，提高了開關電源的精度，利用PWM脈沖寬制調制技術，提高了電源變換的效率和穩定了。開關電源系統設計之后，對該系統多次進行調試測，反饋結果穩定良好，系統穩定性好，動態響應快，證明本方案是可行的。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]