电源基础知识——《开关电源控制器》

开关电源控制器

如果完整地看一个开关稳压器实物的话，经常可以看到一些大体积尺寸的元件，如功率半导体、电感、滤波电容等。但是，控制电路一般主要包括小信号、低功率元件，这些元件可以非常方便地被集成IC里面，同时这个集成电路还可以包括许多其他控制，而不仅仅只是PWM发生器。因此，真正的开关稳压调节器的原理图如图2.9所示(当然，这里进行了一些合理的简化)。

图2.9   将PWM发生 器等集成在IC中，这对于电源设计者来说是一大利器

框图右侧的功率器件是相对独立的单元，而其他部分，如PWM发生器，以及左侧可编程的元件，它们是控制器的一部分。 但是，现实的开关电源控制器可能还包含有其他功能，至少包括如下一种或是多种功能:

基本控制功能

●软启动

●反馈补偿

●电压前馈

●外部关断

●死区时间控制

●斜坡补偿

●同步功能

●功率器件驱动

保护功能

●电流采样以及限流保护

●过电流关断

●过压和欠压检测

●欠压锁定

●过温保护

其他一些拓扑特殊功能

●独特的控制算法

●多路输出

●辅助偏置电压

●负载均流

●电源使能信号

●跟踪功能

这些讨论甚至还没有包括一些复杂附加的功能，例如当输入电源是50/60Hz交流电时，还会有其他额外的功能需要。

上述许多功能在余下章节中会详细探讨，但是我们首先必须对离线式电源构架需要有一个简单的整体认知，如图2.10所示 (注意:这里说的“离线”是指电源通过AC交流供电工作，而不是指“没有连接”)。

图2.10   对于一个离线式电源，需要许多额外的电题才能实现其动能

电源是通过AC交流侧来供电的，所以它包括一个工频的AC/DC整流桥和滤波电路，紧接着是一个高频 DC/AC转换环节。将能量输入功率变压器的原边一次侧，功率变压器在这里主要起到两个作用: 一个是高压安全绝缘隔离，另一个即为实现降压。

来自变压器副边绕组的电压(可以有多个副边绕组)通过整流和滤波得到可用的直流输出。主输出经过采样与内部参考电压进行比较，并通过某种形式的安全隔离器件(一般为光电耦合器)将误差信号反馈送回原边侧的PWN控制器。控制电路本身通常电需要一定的直流偏置电压来维持正常工作， 而最常见的供电方法是从变压器上再增加一个辅助绕组来得到。

必须注意的是，虽然此示意原理图中没有画出来，输出端仍然可以使用线性稳压器来实现最终的输出要求，只不过此时副边侧输出作为前级。用来产生一个受控的较低输出电压。这样的好处显而易见:它既实现了高效率。同时线性稳压器天然的低开关噪声。这对供电敏感的系统变得很有意义。虽热高额开关技术的出现使得电源的尺寸、重量、发热量得到极大改善，但是这些好处也面临着挑战，如设计复杂度增加，元器件数量增加，以及电磁噪声干扰等。这些问题都会在本书的余下章节中进行讨论。

参考文献

[1] Lloyd Dixon. Switching Power Supply Topology Review[C].TI PowerSupply Design Seminar, 1984,SLUP-067.