浅谈高性能开关型直流稳压电源
摘要:高性能开关型直流稳压电源是根据移相控制全桥DC／DC 变换器中的小信号模型,依据系统频域特性研究了电源性能,按技术指标研制出来的一台样机,经过反复的实验,结果表明了高性能开关型直流稳压电源的实用性。

本文主要着手于高性能开关型直流稳压电源的性能探究。

关键词:高性能开关型直流稳压电源探究
随着电力电子技术的不断发展,高性能开关型直流稳压电源将在电力系统得到广泛的应用,开关型直流电流的主要优点变现在:工作稳性、可靠性好、重量轻、效率高以及功耗小等,其发展趋势相对于其他开关型电流更具竞争力。

开关型直流电流应用于粒子加速器电源等领域。

经过全方位的分析及全盘考虑。

相关技术研究人员采用移相控制桥DC／DC变换小信号模型设计了高性能开关型直流稳压电源。

1 动态小信号模型探析
动态小信号模型的选取具有多样性,选取不同的模型运用得到的设计结果各不一样。

开关电源本质上是一个非线性的控制对象,采用解析的方法指导建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用这种模型来解释大范围的扰动时所获得的结论并不完全准确。

其基本得益于开关电源一般工作在稳态。

依据小信号扰动模型设计出的高性能开关型直流稳压电源,配合辅助电路的使用,完全能使开关电源的
性能满足要求。

2 直流稳压电源性能指标的确定
2.1 稳定性指标要求
据有关数据及实践结果表明,不同的系统应该具有不同程度的鲁棒性,同时暂态特性也相对较好。

然而对于直流稳定电源来说,其要求系统的增益余量大于或等于40dB,相位余量大于或等于30dB。

2.2 瞬态响应指标
开关电源在受干扰状态下,其输出量会受到影响导致相应的抖动,最后渐渐地恢复到稳定值。

通常我们以过冲幅度和动态恢复的时间长短来测评动态特性。

穿越频率越高,动态恢复所需的时间越短;过冲幅度与相位余量亦存在紧密的相关性。

2.3 电源精度探析
电压精度具有严格的要求,其设计范围为不大于1‰,纹波不大于1‰。

然而纹波中分为高频和低频两部分,开关频率造成高频部分的产生,依靠输出滤波器来抑制;电网波动引入了低频部分,低频部分主要依靠系统负反馈来加以克服。

3 高性能开关型直流稳压电源的分析与设计
3.1 补偿网络的设计及运用
在稳定电源设计中,最常用的方法就是采用PI或PID算法来设计补偿网络。

当PI调节器补偿之后,大大地提高系统的抗高频干扰能力,唯一的不足是动态性能差。

当引入微分算法后,会大大提高系统的响应速度,但是也存在有一定的缺陷:(1)额外的引入了过多的零点,导致对高频信号的敏感程度加强,容易造成放大器堵塞。

(2)对应于开关纹波的放大倍数增大,容易导致放大器进入非线性区。

因此尝试选用超前滞后对补偿网络进行相关的补偿。

3.2 高性能开关型直流稳压电源的设计原理
在高性能开关型稳压电源的设计中,其理想技术指标:(1)输入交流电压220v(50Hz～60Hz)。

(2)输出直流电压5v,输出电流3A。

(3)输入交流屯压在180v～250v之间变化时,输出电压相对变化量小于2%。

(4)输出电阻R0小于0.1v。

(5)输出最大纹波电压低于10mv。

基本工作原理:线性自流稳压电源的工作频率低,调整管工作丁线件状态,体积大、效率低。

当调整管工作于开关状态,体积小、效率高。

开关型直流稳压电源按开关信号的产生有自激式和它激式两种,从能量传递方式上分为电感储能和变压器耦合两大类。

自激式开关型直流稳压电源,电路简单,电压调节范围较窄,输出电压稳定度不高。

它激式开关型直流稳压电源,主要靠自动调整工作波形的占空比来稳定输出电压,输出电压相当稳定。

电感储能式适合在50w以下直流稳压电源中采用,而变压器耦合式常在大功率直流稳压电源中采用。

电路设有反馈误差放大环节,根据输出电压的变化自动调节变压器原边矩形波
的占空比,从而达到稳定输出电压的目的。

4 高性能开关型直流稳压电源探究结果
从分析结果可以得出高性能开关型直流稳压电源具有如下特点:(1)品体管是处在开关工作状态下,功率调整管QI上的功耗很小,对于理想的晶体管而言,当它处于截止状态时,流过晶体管Q1的电流为零:所以功耗为零。

(2)具有较高的穿越频率,动态响应速度较高。

(3)低通滤波器对系统响应速度已无影响。

(4)开环穿越频率远低于开直流电压约470V,输出48V。

电压稳定性很好,低频纹波几乎没有稳定性为0.996,均符合设计要求。

综上所述,小信号模型的选择是设计高性能电源直流稳压电源的关键所在。

高性能直流稳压电源的设计原理,运用超前滞后网络补偿的原理解决了由于精度电源的纹波限制高,输出滤波器的电感和电容值大,构成的低通滤波器时间常数大等产生的矛盾。

实践证明高性能开关型直流稳压电源技术将是一大突破,它将更好的服务于人们的日常生活。

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