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1、DC/DC的PWM控制技術DC/DC變換器廣泛應用于便攜裝置(如筆記本計算機、蜂窩電話、尋呼機、PDA等)中。它有兩種類型,即線性變換器和開關變換器。開關變換器因具有效率高、靈活的正負極性和升降壓方式的特點,而備受人們的青睞。開關穩(wěn)壓器利用無源磁性元件和電容電路元件的能量存儲特性,從輸入電壓源獲取分離的能量,暫時地把能量以磁場形式存儲在電感器中,或以電場形式存儲在電容器中,然后將能量轉換到負載,實現DC/DC變換。實現能量從源到負載的變換需要復雜的控制技術?,F在,大多數采用PWM(脈沖寬度調制)技術。從輸入
2、電源提取的能量隨脈寬變化,在一固定周期內保持平均能量轉換。PWM的占空因數(δ)是“on”時間(ton,從電源提取能量的時間)與總開關周期(T)之比。對于開關穩(wěn)壓器,其穩(wěn)定的輸出電壓正比于PWM占空因數,而且控制環(huán)路利用“大信號”占空因數做為對電源開關的控制信號。開關頻率和儲能元件DC/DC變換器中,功率開關和儲能元件的物理尺寸直接受工作頻率影響。磁性元件所耦合的功率是:P(L)=1/2(LI2f)。隨著頻率的提高,為保持恒定的功率所要求的電感相應地減小。由于電感與磁性材料的面積和線匝數有關,所以可以減小電
3、感器的物理尺寸。電容元件所耦合的功率是:P(c)=1/2(CV2f),所以儲能電容器可實現類似的尺寸減小。元件尺寸的減小對于電源設計人員和系統(tǒng)設計人員來說都是非常重要的,可使得開關電源占用較小的體積和印刷電路板面積。開關變換器拓撲結構開關變換器的拓撲結構系指能用于轉換、控制和調節(jié)輸入電壓的功率開關元件和儲能元件的不同配置。很多不同的開關穩(wěn)壓器拓撲結構可分為兩種基本類型:非隔離型(在工作期間輸入源和輸出負載共用一個共同的電流通路)和隔離型(能量轉換是用一個相互耦合磁性元件(變壓器)來實現的,而且從源到負載的耦
4、合是借助于磁通而不是共同的電器)。變換器拓撲結構是根據系統(tǒng)造價、性能指標和輸入線/輸出負載特性諸因素選定的。非隔離開關變換器有四種基本非隔離開關穩(wěn)壓器拓撲結構用于DC/DC變換器。1.降壓變換器降壓變換器將一輸入電壓變換成一較低的穩(wěn)定輸出電壓。輸出電壓(Vout)和輸入電壓(Vin)的關系為:Vout/Vin=δ(占空因數)Vin>Vout2.升壓變換器升壓變換器將一輸入電壓變換成一較高的穩(wěn)定輸出電壓。輸出電壓和輸入電壓的關系為:Vout/Vin=1/(1-δ)Vin3.逆向變換器逆向變換器將一輸入電壓變換
5、成一較低反相輸出電壓。輸出電壓與輸入電壓的關系為:Vout/Vin=-δ/(1-δ)Vin>
6、Vout
7、4.Cuk變換器Cuk(“丘克”)變換器將一輸入電壓變換成一穩(wěn)定反相較低值或較高值輸出電壓(電壓值取決于占空因數)。輸出電壓輸入電壓的關系為:Vout/Vin=-δ/(1-δ)
8、Vin
9、>
10、Vout
11、,δ<0.5
12、Vin
13、<
14、Vout
15、,δ>0.5隔離開關變換器有很多隔離開關變換器拓撲結構,但其中三種比較通用,它們是:逆向變換器、正向變換器、推挽變換器。在這些電路中,從輸入電源到負載的能量轉換是通過一個變
16、壓器或其他磁通耦合磁性元件實現的。1.逆向隔離變換器逆向隔離變換器將一輸入電壓變換成一穩(wěn)定的取決于變壓器匝數比的較低值或較高值輸出電壓。輸出電壓與輸入電壓的關系式為:Vout/Vin=(1/N)(δ/(1-δ))Vin>Vout或Vin式中N為變壓器匝數比。2.正向隔離變換器正向隔離變換器將一輸入電壓變換成一穩(wěn)定的取決于變壓器匝數比的較低值或較高值輸出電壓。輸出電壓和輸入電壓關系為:Vout/Vin=(1/N)δVin>Vout或Vin3.推挽隔離變換器推挽隔離變換器將一輸入電壓變換成一穩(wěn)定較低值輸出電壓。
17、它們的關系為:Vout/Vin=(2/N)δVin>VoutPWM控制技術控制開關DC/DC變換器的反饋回路和穩(wěn)壓特性有兩種方法:電壓模式控制和電流模式控制。在電壓模式控制中,變換器的占空因數正比于實際輸出電壓與理想輸出電壓之間的誤差差值;在電流模式控制中,占空因數正比于額定輸出電壓與變換器控制電流函數之間的誤差差值??刂齐娏骺梢允欠歉綦x拓撲結構中的開關電流或隔離拓撲結構中的變壓器初級電流。電壓模式控制只響應(調節(jié)變換器的占空因數)輸出(負載)電壓的變化。這意味著變換器為了響應負載電流或輸入線電壓的變化,它
18、必須“等待”負載電壓(負載調整)的相應變化。這種等待/延遲會影響變換器的穩(wěn)壓特性,通?!暗却笔且粋€或多個開關周期。負載或輸入電壓擾動會產生相應(盡管不一定成比例)的輸出電壓干擾。在此電路中,A1是環(huán)路誤差放大器,A2是PWM比較器,A3是輸出驅動器(與功率開關的接口)。斜波振蕩器提供輸出電壓VOSC,VOSC在變換器開關周期ts期間從OV到某最大值(對應于最大占空因數)呈線性斜波。誤差放大器對精密溫度補償基準(