李麗平

摘要：開(kāi)關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)的成熟，本文分析了開(kāi)關(guān)電源控制模式，在總結(jié)了開(kāi)關(guān)電源發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上分析了數(shù)字化控制及電流型控制模式的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源控制模式數(shù)字化控制模塊化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM910 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0127-01

開(kāi)關(guān)電源作為一種能夠穩(wěn)定持續(xù)輸出電壓的電源，其主要是由控制開(kāi)關(guān)晶體管控制開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間的，因此，在開(kāi)關(guān)電源中最重要、最核心的部分就是控制電路，本文進(jìn)行了開(kāi)關(guān)電源控制模式分析。

1開(kāi)關(guān)電源概述

開(kāi)關(guān)電源是伴隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的，由于具有高效節(jié)能、輕巧便捷等特點(diǎn)，開(kāi)關(guān)電源得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的效率可達(dá)到85%以上，與普通的線(xiàn)性電源相比其效率提高了近一倍，且其可靠性也較高，采用了體積較小的散熱器和濾波元件，具有良好的發(fā)展前途?？蓪㈤_(kāi)關(guān)電源分為AC/AC和DC/DC電源等類(lèi)型，其中DC/DC電源變換器已實(shí)現(xiàn)了模塊化的設(shè)計(jì)和發(fā)展，得到了廣大用戶(hù)的普遍認(rèn)可。

2開(kāi)關(guān)電源發(fā)展歷程

開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了40多年，早期開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)頻率非常低，且價(jià)格較高，只能應(yīng)用于衛(wèi)星等少數(shù)要求電源質(zhì)量較高的領(lǐng)域。但自20世紀(jì)60年代晶閘管相位控制模式出現(xiàn)后開(kāi)關(guān)電源經(jīng)歷了較快的發(fā)展，70年代時(shí)制約開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的瓶頸主要是效率問(wèn)題，同時(shí)由于調(diào)試工作困難而難以大規(guī)模的推廣應(yīng)用。70年代后期，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，各種專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)入市場(chǎng)，將控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和檢測(cè)電路封裝在一起的模式非常有利于開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，由于焊點(diǎn)減小提高了開(kāi)關(guān)電源的可靠性，同時(shí)也由于集成化的發(fā)展是開(kāi)關(guān)電源的體積減小，為應(yīng)用帶來(lái)了極大的便利。

如今，集成化的電源已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、航天、彩色電視等各個(gè)領(lǐng)域，且隨著微電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，功能更強(qiáng)大，集成度更高的超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，電子設(shè)備的體積和重量仍在不斷減小，但與之相匹配的電源體積卻大的多，在現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品中，電源的體積要比微處理器大10倍以上，因此，如何縮小電源的體積就是一項(xiàng)非常具有意義的研究課題。相關(guān)的理論分析表明，電源體積與其供電頻率的平方根是呈反比例的，當(dāng)電源頻率從50Hz提高至20kHz后其體積將縮小400倍，但頻率的提高也會(huì)對(duì)整個(gè)電路的元器件帶來(lái)新的要求，目前超高頻電源對(duì)電子器件的影響正在進(jìn)一步研究之中。

我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始就研制出了穩(wěn)壓電源，20世紀(jì)70年代后期穩(wěn)壓電源已在我國(guó)的白電視機(jī)及中小型計(jì)算機(jī)中進(jìn)行了應(yīng)用，其中主要是5V，20～200A，20kHz的AC/DC開(kāi)關(guān)電源，自80年代開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模使用階段，此時(shí)我國(guó)已開(kāi)發(fā)出了0.5～5MHz的諧振軟開(kāi)關(guān)電源。

至80年代中期，我國(guó)通信電源在AC/DC及DC/DC開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域中所占的比例還是較低的，從80年代開(kāi)始，我國(guó)的通信電源開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的更新?lián)Q代，從傳統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓電源更換為現(xiàn)代的晶閘管穩(wěn)壓電源，在逐步應(yīng)用于辦公室自動(dòng)化設(shè)備中。至90年代我國(guó)又研制出了一種新型的專(zhuān)用開(kāi)關(guān)電源，專(zhuān)門(mén)保障特殊領(lǐng)域的電源之用，如衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中的開(kāi)關(guān)電源及遠(yuǎn)程導(dǎo)彈系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源等。多年來(lái)，雖然我國(guó)在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但相比發(fā)達(dá)國(guó)家已較成熟的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，我國(guó)在集成度和使用方法上仍存在較大不足，還應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)關(guān)電源的研究與應(yīng)用。

3開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字控制技術(shù)

近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理器及編程邏輯器等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在諸多電力電子領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，這些控制領(lǐng)域的計(jì)算和監(jiān)控任務(wù)是非常復(fù)雜的，難以用模擬控制的方法完成較好的控制性能，因此產(chǎn)生了數(shù)字控制的要求。

隨著DSP等電子器件的小型化及高速化發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的控制也正朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，數(shù)字化增強(qiáng)了開(kāi)關(guān)電源控制部分的智能化水平，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。在開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)中，標(biāo)準(zhǔn)電源的份額正在逐步擴(kuò)大，但同時(shí)由于電源的使用是因系統(tǒng)不同而不同的，因此其對(duì)某種特制電源的需求是非常強(qiáng)烈的，數(shù)字化控制電源匯集了標(biāo)準(zhǔn)電源及特征電源的優(yōu)點(diǎn)。

然而，當(dāng)前開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化控制還停留自半數(shù)字化階段，對(duì)于控制器中技術(shù)難度最高的功率控制部分是現(xiàn)階段還難以解決數(shù)字化控制，這也是當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。數(shù)字化控制技術(shù)是否能在開(kāi)關(guān)電源中得到推廣性的應(yīng)用，主要取決于復(fù)雜控制的算法能否實(shí)現(xiàn)及能否滿(mǎn)足較高的動(dòng)態(tài)性能和指標(biāo)等，這將是開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制所面臨的核心問(wèn)題。

通過(guò)數(shù)字化控制能夠提高系統(tǒng)的靈活性，提高通信界面及抗干擾的能力，但在要求較高的開(kāi)關(guān)電源中，控制精度、控制延遲及電流檢測(cè)等因素是急需要解決的問(wèn)題，在保護(hù)與監(jiān)控電路、及系統(tǒng)的通信等方面都已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，同時(shí)數(shù)字化也可以取代模擬電路來(lái)完成電源的啟動(dòng)動(dòng)能，通過(guò)特定的界面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊與顯示功能。隨著越來(lái)越多的數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于電源的管理，開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)字化控制技術(shù)是開(kāi)關(guān)電源控制模式的發(fā)展方向，業(yè)界十分看好開(kāi)關(guān)電源數(shù)字化發(fā)展前景。

4電流型控制模式

開(kāi)關(guān)電源的另類(lèi)主要控制模式就是電流型開(kāi)關(guān)電源控制，其與數(shù)字化控制模式相比具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

（1）具有較高的電壓調(diào)整率，其調(diào)整過(guò)程與線(xiàn)性穩(wěn)壓電源類(lèi)似，輸入電壓稍微變化即可反映電感電流的變化，不經(jīng)過(guò)任何誤差的放大就可完成脈沖比較進(jìn)而輸出脈沖寬度，這實(shí)際上是起到了前饋的控制作用。

（2）具有較好的回路穩(wěn)定性能和負(fù)載響應(yīng)性能。由于在電感中其電流脈沖的幅值是與輸出電流的平均值相關(guān)的，因此電流型控制模式能較好地發(fā)揮電感的作用。

（3）具有逐個(gè)檢測(cè)脈沖幅值的功能，簡(jiǎn)化了過(guò)載保護(hù)和短路功能，提高了工作的可靠性。且由于電流型控制模式控制內(nèi)環(huán)是采用電感電流峰值檢測(cè)技術(shù)的，因此可以靈敏地發(fā)現(xiàn)變壓器或者開(kāi)關(guān)管中的電流值，避免了過(guò)載和短路對(duì)變壓器及開(kāi)關(guān)管的影響。

（4）降低高頻功率開(kāi)關(guān)變換電路的功率損耗，提高開(kāi)關(guān)電源的效率。由于功率開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)有一定的功率損耗，但對(duì)電流控制型來(lái)說(shuō)，因內(nèi)環(huán)電流參加控制，使其較電壓控制型這種單環(huán)控制更快速、準(zhǔn)確。

（5）具有良好的并聯(lián)運(yùn)行能力。由于電流控制型的內(nèi)環(huán)如同一個(gè)良好的受控電流放大器，所以使采用電流控制型的變換器可方便地并聯(lián)工作，而不其它均流措施。

5結(jié)語(yǔ)

開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)是高頻化和微型化，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段是提高開(kāi)關(guān)電源的控制頻率，數(shù)字化控制技術(shù)作為解決該項(xiàng)問(wèn)題的核心技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)應(yīng)結(jié)合電流控制模式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的全數(shù)字化控制。

參考文獻(xiàn)

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