电源硬件设计----电源基础知识(3)

系统管理员 2023-09-27 09:21 47阅读 0赞

## 变压器磁通的复位 ##

#### 辅助绕组复位 ####

`变压器磁通复位 = = 磁能的泄放 = = 激磁电感续流`  
如图所示，开关闭合，输入电压给变压器激磁电感励磁，建立磁通；开关关断，激磁电感电流无处释放，因此磁芯无法复位。  
![在这里插入图片描述][4d9df96834264e0191509185e2f0e3e2.png_pic_center]

*  理想变压器知识传递磁能，本身并不储存磁能，`激磁电感无限大`
 *  实际变压器`存在激磁电感`
 *  绕组换流时，由于存在漏感，开关电压尖峰
 *  复位磁能返回电源

#### RCD钳位电路复位(正激变换器) ####

电路如图所示，RCD复位电容电压相当于一个小反激电路输出  
![在这里插入图片描述][6303c433925b49e899fc0e5c227ab4e4.png_pic_center]

*  RCD钳位电路具有磁复位的功能
 *  可钳位原边绕组及开关电压
 *  变压器复位磁通能由`电阻Rr消耗`

#### RCD钳位电路复位(反激变换器) ####

反激电路理论上可以实现自身复位，通过副边输出电压进行复位，因此不需要磁复位电路。但是`变压器存在漏感`，漏感电流同样需要泄放，否则引起电压尖峰  
![在这里插入图片描述][e36d9c4e0cc54f279f5768b7b2d7b161.png_pic_center]

*  反激电路中的RCD电路用于变压器漏感磁通的复位
 *  复位磁能由复位电阻消耗

## 谐波与功率因数校正技术 ##

#### 谐波 ####

**电子领域：`由非线性器件引起波形失真`**  
**电工领域：`由负载阻抗引起相位偏移`**  
![在这里插入图片描述][4d006140a1da4ce79d78b0b4e4f592c3.png_pic_center]

*  输出电容C越大，输出电压越稳定，但电流脉冲越窄，THD越大
 *  同样负载功率下，电流脉冲越窄，电流峰值越大，造成损耗越大
 *  电流波形失真会通过电网阻抗影响电源质量

#### PFC(功率因数校正)基本原理 ####

**功率因数校正的目的**：使得输入电流与输入电压波形相同，即使得电流能跟踪电压的波形变化  
由于输入电压为正弦交流，大小在0-Vm之间变化，因此首先需要选择升压(Boost)电路，且Vo>Vm

*  Boost电路`CCM工作模式`：固定频率Ts，改变占空比D，控制电感电流平均值跟随正弦电压。**电感大，电流纹波小，控制复杂，二极管反向恢复。**
 *  Boost电路`DCM工作模式`：固定频率Ts和导通时间ton，改变断续时间。因为ton固定，电感电流自动上升至与电感电压成比例的值，之后下降到零，保证电感电流平均值与电压成比例。**电感小，电流纹波最大，控制简单，没有二极管反向恢复。**
 *  Boost电路`CRM工作模式`：固定导通时间ton，电感电流自动上升至与电感电压成比例；之后电流下降为零时，开关管闭合。**电感小，电流纹波大，开关管电流过零时导通，二极管过零时关断，频率变化。**

## 开关电源基本控制策略 ##

#### 控制的目的 ####

**`控制目的：`**

*  **保持输出稳定。** 由于电源电压和负载的变化，输出电压会随之变化，因此需要对输出电压进行控制，以保证输出电压的稳定或获得所需的输出电压
 *  **实现某种特定功能。** 如DC/DC电源的PFC控制，太阳能逆变器的MPPT控制

**`控制的要求：`**

*  输出稳定
 *  在各种 “干扰”情况下不能失控
 *  对输出波动的影响小
 *  对干扰的快速响应

**`被控制量：`** 输出电压，或输出电流，或输入电流，或输入阻抗  
**`控制量：`** 开关的动作

#### 滞环控制(Bang-Bang) ####

*  只需要一个`简单的电压比较器`，成本低
 *  `控制策略十分简单`，预制驱动，不需要反馈
 *  稳定性强，只要不超过环宽
 *  开关工作频率是变化的，环宽越窄，频率越高；负载变化越快，频率越高
 *  控制策略本身需要一定的输出电压纹波
 *  由于难以帮助电感电压的伏秒平衡，需要额外电路
 *  `具有过流保护功能`

#### 恒定导通时间控制 ####

*  `控制简单`，阈值驱动，本身稳定
 *  `电路简单`，成本低
 *  通过设定最小关断时间，保证电感复位
 *  频率是变化的
 *  控制策略本身需要一定的输出电压纹波
 *  `本身没有过流保护功能`，因为没有检测电流峰值

#### 电压控制模式 ####

直接调节占空比D，控制输出电压Vo=D\*Vi

**`电路实现：`**

*  采用误差放大器产生误差信号
 *  采用振荡器产生给定频率脉冲
 *  通过RC充放电电路产生给定斜波电压
 *  通过比较器将被控量与锯齿波比较
 *  产生PWM波控制开关占空比

**`特点：`**

*  电压控制是最传统的PWM控制
 *  开关频率固定
 *  简单的反馈补偿网络以实现精确控制，没有滞环本身误差
 *  可能存在控制稳定性问题
 *  如负载较轻，从CCM(线性模型)进入DCM(非线性模型)时存在稳定性问题

#### 电压控制模式(峰值控制) ####

**`电路实现：`**

*  电感电流波形(纹波与平均值)与输入电压、输出电压以及占空比有关
 *  采用误差放大器产生误差信号
 *  将电压控制模式的斜波参考电压改为电感电流信号
 *  开关峰值电流可以表征输出电流平均值

**`特点：`**

*  频率固定
 *  电感电流随着输入电压增加而增加，因此对输入电压的变化响应是瞬时的
 *  对负载的变化，要通过电感电流起作用，有延迟

#### 平均电流控制 ####

**`电路实现：`**

*  采用误差放大器产生电压误差信号
 *  采用振荡器产生给定频率脉冲
 *  将电压误差信号与电感电流信号比较后，再与给定PWM斜波电压比较

**`特点：`**

*  直接检测和由平均电流来控制，效果好
 *  需要检测电感完整波形，检测复杂，不如峰值电流检测灵活方便
 *  由于有“平均”环节，抗噪声能力强
 *  需要高增益放大器，成本高

## 电源输出的稳定与调整率 ##

#### 电源稳定性的要求 ####

**控制的目的：** 提供一个不受干扰的稳定和精确的电源输出  
**实现思路：** 通过一个高增益控制系统来保证输出电压跟随参考电压  
**稳定问题：** 对于高增益，很小的误差信号可能调整很大的输出电压，即很“灵敏”，当系统是稳定时，将迫使误差为零，即输出电压很稳定。但是对高增益的闭环反馈系统，系统的控制精度与系统稳定性是一个挑战，因为高增益意味着对微小的扰动都会做出反应  
**干扰信号特性：**

*  `强弱：`一般为微小信号，信号越大，说明干扰越强
 *  `快慢：`任何一个干扰信息可以通过FFT分解为不同频率的各次谐波的合成，频率越高，说明干扰越快

**稳定性指标：** 经过控制系统的反应后，干扰会发生变化

*  `大小变化：`增益
 *  `相位变化：`相移

#### 电源的调整率 ####

**负载调整率：** 电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出电压会降低，相反负载减少，输出电压升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%~5%。负载调整率实际上就反应了电源的内阻抗，好的电源输出接负载时电压降小。`负载调整率=(满载时输出电压-半载时输出电压)/额定负载时输出电压`。  
**电源调整率：** 定义为电源供应器输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。电源调整率通常以一正常规定负载下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差的百分比，即`(Vo(最大)-Vo(最小))/Vo(正常)`。

**希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正**

**分享决定高度，学习拉开差距**

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