程控開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制方式對比

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源由多個電子器件構(gòu)成，但本質(zhì)上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心是一個直流變壓器。所以想要對開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行分析并不難。在本文中，小編將為大家介紹通過程控的開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制方法選擇與效率的提高方案。

　　控制方法選擇

　　方案一：采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，控制開關(guān)的導(dǎo)通與截止。根據(jù)片內(nèi)AD采樣后的反饋電壓程控改變占空比，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。負(fù)載電流在康銅絲上的取樣經(jīng)片內(nèi)AD后輸入單片機(jī)，當(dāng)該電壓達(dá)到一定值時關(guān)閉開關(guān)管，形成過流保護(hù)。該方案主要由軟件實(shí)現(xiàn)，控制算法比較復(fù)雜，速度慢，輸出電壓穩(wěn)定性不好，若想實(shí)現(xiàn)自動恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

　　方案二：采用恒頻脈寬調(diào)制控制器TL494，這個芯片可推挽或單端輸出，工作頻率為1kHz~300kHz，輸出電壓可達(dá)40V，內(nèi)有5V的電壓基準(zhǔn)，死區(qū)時間可以調(diào)整，輸出級的拉灌電流可達(dá)200mA，驅(qū)動能力較強(qiáng)。芯片內(nèi)部有兩個誤差比較器，一個電壓比較器和一個電流比較器。電流比較器可用于過流保護(hù)，電壓比較器可設(shè)置為閉環(huán)控制，調(diào)整速度快。

　　所以通過上面的分析，建議采用第二種方案。

　　電流工作模式的方案選擇

　　方案一：電流連續(xù)模式

　　電流連續(xù)工作狀態(tài)，在下一周期到來時，電感中的電流還未減小到零，電容的電流能夠得到及時的補(bǔ)充，輸出電流的峰值較小，輸出紋波電壓小。

　　方案二： 電流斷續(xù)模式

　　斷續(xù)模式下，電感能量釋放完時，下一周期尚未到來，電容能量得不到及時補(bǔ)充，二極管的峰值電流非常大，對開關(guān)管和二極管的要求就非常高，二極管的損耗也非常大，而且由于電流是斷續(xù)的，輸出電流交流成分比較大，會增加輸出電容上的損耗。對于相同功率的輸出，斷續(xù)工作模式的峰值電流要高很多，而且輸出直流電壓的紋波也會增加，損耗大。

　　鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)選用方案一。

　　提高效率的方案選擇

　　影響效率的因素主要包括單片機(jī)及外圍電路功耗、單片機(jī)及外圍電路供電電路的效率和DC-DC變換器的效率。本設(shè)計(jì)采用了超低功耗的單片機(jī)MSP430F169，高轉(zhuǎn)換效率的芯片對外圍電路進(jìn)行供 電，并且采用低損耗的元器件和優(yōu)異的控制策略。

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　“開關(guān)型穩(wěn)壓電源”與“串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源”相比，高效節(jié)能；適應(yīng)市電變化能力強(qiáng)；輸出電壓可調(diào)范圍寬；一只開關(guān)管可方便地獲得多組電壓等級不同的電源；體積小，重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛地得到采用。

　?。?）功耗小，效率高

　?。?）體積小，重量輕

　?。?）穩(wěn)壓范圍寬

　?。?）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少

　?。?）電路形式靈活多樣

　　缺點(diǎn)：

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。開關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開關(guān)晶體管工作在狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和庇振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾。

　　四款開關(guān)穩(wěn)壓電源電路

　　電路一：

　　電路工作原理：220V電壓經(jīng)變壓器T降壓、VD1～VD4整流、C1濾波后，作為輸入。此外VD5、VD6、C2、C3組成倍壓電路（使得Vd＝60V）；RP、R3組成分壓電路；TL431、R1組成采樣放大電路；9013、R2組成限流保護(hù)電路，場效應(yīng)管K790作調(diào)整管（可直接并聯(lián)使用）；C5是輸出濾波電容等。穩(wěn)壓過程是：當(dāng)輸出電壓降低時，f點(diǎn)電位降低，經(jīng)TL431內(nèi)部放大使e點(diǎn)電壓增高，經(jīng)K790調(diào)整后，b點(diǎn)電位升高；反之，當(dāng)輸出電壓增高時，f點(diǎn)電位升高，e點(diǎn)電位降低，經(jīng)K790調(diào)整后，b點(diǎn)電位降低，從而使輸山電壓穩(wěn)定。當(dāng)輸出電流大于6A時，晶體管9013處于截止，使輸出電流被限制在6A以內(nèi)，從而達(dá)到限流的目的。

　　元器件選擇：該電路除電阻RI選用2W、R2選用5W外，其他元件無特殊要求，按圖所示選用即可。

　　電路二：

　　電路三：

　　115V的交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后為電路提供直流工作電壓。起動電路由電容C2和電阻R2構(gòu)成，C2經(jīng)電阻R2充電，當(dāng)達(dá)到16 V時，UC3842有輸出；使MOS開關(guān)Q1導(dǎo)通，能量存貯在變壓器T1中，此時，由于二次側(cè)各路整流二極管反向偏置，故能量不能傳到T1的二次側(cè)，T1 側(cè)的一次側(cè)電流通過電阻R10檢測并與UC3842內(nèi)部提供的1 V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到這一電平時Q1關(guān)斷。所有變壓器的繞組極性反向，輸出整流二極管正向偏置，存貯在T1中的能量傳輸?shù)捷敵?a target="_blank">電容器中。啟動結(jié)束后，反饋線圈的電壓整流后經(jīng)取樣電阻分壓回送到誤差放大器的反向端（2腳）和UC3842內(nèi)部的2.5 V基準(zhǔn)電壓作比較來調(diào)整驅(qū)動脈沖寬度。從而改變輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對輸出的控制。這樣能量周而復(fù)始地存貯釋放，給各路輸出端提供電壓。

　　穩(wěn)壓反饋環(huán)境由R12，光耦合器，TL431等組成。其穩(wěn)壓原理：若輸出電壓因負(fù)載變輕而升高時，流過光耦合器的發(fā)光二極管電流增大，其發(fā)光強(qiáng)度增加，反饋至光耦合三極管使CE間電阻變小，使加至1腳的電壓降低，從而使6腳的PWM信號寬度變窄，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

　　電路四：

　　24V（-40V）開關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖