《电声技术》!""!年第 ##期总第 !"$期
电流控制 !"#开关电源
俞阿龙
(江苏淮阴师范学院,江苏 淮阴 !!"##$)
【摘 要】介绍电流控制 %&’ 开关电源的基本原理( 并将其与电压控制 %&’ 开关电源进行
比较( 指出了电流控制 %&’开关电源的优点。最后给出了一个实用的电流控制 %&’开关电源进
行比较,指出了电流控制 %&’ 开关电源的优点,最后给出了一个实用的电流控制 %&’ 开关电源
电路。
【关键词】开关电源;电流控制;电压控制;脉宽调制
$ 引言
电源在电视、电声及计算机等电子设备中占有
十分重要的位置,它是其它一切电路能否正常工作
的基础。据有关资料统计,电源故障率占电子设备故
障的三分之二以上,因此其质量的好坏对电子设备
的质量起着关键性作用。由于开关电源具有重量轻、
体积小、效率高、稳压范围宽等优点,在彩色电视机、
计算机及大屏幕显示器等许多电子设备中得到了广
泛的使用。最初的开关电源采用电压控制形式,常用
的电压控制芯片有 )*+,+,-."/!/ 等。电压控制模
式开关电源只对输出电压采样,作为反馈信号进行
闭环控制,采用脉宽调制(%&’)技术,调节输出电
压。因此它是一个单环控制系统,其最大缺点是控制
过程中电源电路内的电流值没有参与进去。电流控
制模式是在电压控制模式基础上,增加了一个电流
负反馈环节,使其成为双环控制系统,从而提高了电
源的性能。
! 电流控制 %&’开关电源基本原理
由于电压控制 %&’ 开关电源的单环控制过程
中,电源电路中的电感电流未参与控制,是独立的
变量,其控制原理如图 $所示。而开关变换器为二阶
系统,有两个状态变量,即输出滤波电容的电压和输
出滤波电感的电流。开关电源的电流均流经电感,将
使滤波电容电压信号产生一定延迟。因此,仅用电压
采样的方法稳压,其响应速度慢、稳定性差,甚至在
大信号变动时产生振荡而造成功率管损坏等故障的
发生。
电流控制 %&’ 开关电源正是针对电压控制型
的缺点发展起来的双环控制系统,其控制原理如图
! 所示。它既保留了电压控制型中输出电压反馈控
制部分,又增加了一个电流反馈环节。其工作原理
是:恒频时钟脉冲置位锁存器输出高电平信号,驱动
功率开关管导通,随着功率开关管中的电流脉冲逐
步增大,当电流在采样电阻 01上的电压幅值 ! 1达
到 ! 2电平时,脉冲比较器翻转,锁存器复位,驱动信
号变为低电平,功率开关管关断,电路逐个地检测和
调节电流脉冲,控制电源输出。根据最优控制理论,
实现全状态反馈的系统是最优控制系统,可以实现
最小的动态响应的误差平方和指标,因此取出输出
电压和电感电流两种反馈实现双环控制是符合最优
3基金项目4
江苏省教育厅资助项目号:#$567+8###9:
3作者简介4
俞阿龙,博士,副教授,科研方向为检测技术及仪器:
·电路
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
·
设
备
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控制规律的。
! 电流控制 "#$开关电源的优点
电流控制型 "#$ 开关电源与传统的电压控制
型相比有许多优点,主要表现在以下几个方面。
(%)电压调整率非常好,可与线性稳压电源相媲
美。这是因为输入电压变化可以立即反映为电感电
流的变化,它不经过任何误差放大器就能在脉冲比
较器中改变输出脉冲宽
度,实质上起到了前馈控
制作用,即输入电压变化
尚未导致输出电压变化
时,就由电流内环产生调
节作用。而在电压控制模
式中,检测电路对输入电
压的变化没有直接的反
映,一直要等到输出电压
发生一定变化后,再去调
节脉冲宽度,一般要等 &’
%( 个工频周波方能响应输
入电压的变化。因此,电压
控制 "#$ 开关电源经常
会因输入电压的浪涌产生
很大的尖峰电流而使功率
管损坏,然而电流控制 "#$ 则可避免这类故障的
发生。
())回路稳定性好,负载响应快。因为电感中电
流脉冲的幅值与输出电流的平均值成正比,所以电
感的延迟作用没有了。
(!)固有的逐个脉冲幅值检测及限流,简化了过
载保护和短路,大大提高了工作可靠性。由于内环采
用了直接的电感电流峰值检测技术,可以及时、灵敏
和准确地检测输出或变压器或开关管中的瞬态电流
值,形成逐个脉冲检测电路,从而在电路导致过载或
短路时保护开关管和变压器。
(*)降低高频功率开关变换电路的功率损耗,提
高开关电源的效率。由于功率开关管在开通和关断
时有一定的功率损耗,但对电流控制型来说,因内环
电流参加控制,使其较电压控制型这种单环控制更
快速、准确。
(&)具有良好的并联运行能力。由于电流控制型
的内环如同一个良好的受控电流放大器,所以使采
用电流控制型的变换器可方便地并联工作,而不需
其它均流措施。
* 电流控制 "#$开关电源设计实例
目前,市场上可以见到的电流控制型 "#$ 芯
片 主 要 有 +,%-*.,+,%-*/,+,!-*(,+,!-*) 及
+,!-** 等,它们为设计电流控制型 "#$ 集成开关
电源提供了方便。以下介绍一种以 +,!-*) 芯片和
01$23管为核心制作的 %) 0输出的开关电源。
,!-*)是一种采用单端反激式开关电源的电流
控制型 "#$ 芯片,可直接推动 01$23 管,开关特
性好,其过流保护性能也好,由它制作的开关电源
功率可达 %(( #,原理框图如图 !所示。
由 +,!-*) 构成的一种 %) 0 输出的单端反激
式开关电源原理图如图 * 所示。工作原理如下:当
接通市电后,!4经 5%加至!脚,当!脚电压上升至
+,!-*) 起振时,6% 管导通,电流从变压器 7% 的 %
端流经 )端,并经 6%、电阻到地,此时 7%的 !,&端感
应出正电压,二极管 8%,8)反偏,两绕组均不耗能,
变压器 7%储能,其振荡频率及导通时间由 +,!-*)
来控制,6%由导通转为截止后,二极管 8%,8)正向
导通,两绕组均开始耗能,一组为芯片供电,另一组
为负载供电。稳压原理为:若输出电压因负载减小
而升高,此时流过 *9!& 光耦的发光二极管发光强
度增大,反馈至 *9!& 的三极管的集电极与发射极
间的内阻变小,从而使"脚电压变高,通过"脚内
部运算放大器比较,使#脚输出 "#$ 脉冲宽度变
窄,达到稳压目的。过流保护原理为:当负载短路
时,引起功率开关管 6%电流增加,当 "8增至使$脚
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电压大于 ! " 时,#$% 电流比较器输出高电平将
#$% 锁存器复位,封锁 #$% 脉冲,达到保护功率
开关管的目的,当故障消失后,&’ 减至使!脚电压
小于 ! "时,#$% 锁存器置位,电源自动恢复正常
工作状态。过压保护的原理为:当因某种原因使输出
电压过高时,(’! 稳压管
导通,从而触发可控桂 )*
导通,使输出端短路,可见
过压保护是以过流保护形
式出现的。
+参考文献,
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!收稿日期" #$$#%$&%’$
谈大功率功放机功放管的功率均衡
李全民,张运楚
(山东建筑
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
学院 信电系,山东 济南 *733!9)
·电路改进·
在大型扩声系统中,功放机是经常损坏的设
备,而且损坏的情况大部分是末级功率放大器件的
烧坏。经过对正常工作的功放机仔细观察发现,末
级并联使用的同型号大功率三极管(场效应管)工
作时,往往有的温度高,有的温度低。其中造成上述
情况的主要原因是并联使用的大功率三极管(场效
应管)在装机时由于筛选时的疏忽或长期运行造成
特性参数差异,引起负荷不均匀。负荷大者,工作电
流大,发热也较大,容易先坏。负荷小者,工作电流
小,发热也较小。但发热大的损坏后,发热小的也不
堪重负,短时间内也会烧毁。因此,延长功放机使用
寿命,末级功率放大器件的功率均衡是关键之一。
常用的大功放机末级功率放大电路如图 ! 所
示。无论是哪种方式,它们都有一个共同的特点,即
推挽电路的每个臂的功率管都属并联形式,彼此独
立。由于并联管参数的差异,必然有的输出电流小,
有的输出电流大,输出电流大的管子,本身的功耗
也大,输出电流小的管子,本身的功耗也小。如果能
让并联的功率管做到电流平衡,则会很大程度上提
高功放机的输出功率,减少功放管的损坏率。
解决办法如图 *所示。在高导磁率磁芯上双线
并绕两组匝数相同的线圈 P!和 P*。线圈的同名端按
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