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电源基础知识——《开关电源控制器》

发表时间:2021-06-07 09:25

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)。


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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”)。

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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.




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