高性能开关型直流稳压电源的设计探究

开关直流文雅电源,非常有价值。

第30卷第5期第30卷第5期Vol.30No.5

企业技术开发

2011年3月Mar.2011

高性能开关型直流稳压电源的设计探究

樊思丝

（海南师范大学物理与电子工程学院，海南海口571158）

摘

要：根据移相控制全桥DC/DC变换器的小信号模型，文章从系统频域特性着手分析了电源性能，按技术指标设计了

一台样机，实验证明了分析的正确性。关键词：小信号模型；移相控制全桥变换器；直流稳压电源；性能；设计TN86中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：1006-8937（2011）05-0077-02

TheresearchonthedesignoftheDCregulatedpowersupply

ofthehigh-performanceswitchtype

FANSi-si

（PhysicalandElectronicEngineeringInstitute，HainanNormalUniversity，Haikou，Hainan571158，China）

Abstract:AccordingtothesmallsignalmodelofthefullbridgeDC/DCconverteronthephaseshiftcontrol，thispaperanalyzesthe

powerperformanceintheaspectofthecharacteroftheSystemfrequencydomain.Andaprototypewasdesignedbasedonthetechnicalindex.Theexperimentprovesthecorrectnessoftheanalysis.Keywords：smallsignalmodel；fullbridgeDC/DCconverteronthephaseshiftcontrol；DCregulatedpowersupply；performance；design

开关型直流电流具备工作稳性、可靠性好、重量轻、效率高以及功耗小等多种优点，因此其性能居各种电源之首，并且有取代其他直流稳压电源的发展趋势。

的频率也低于开关频率；第三，扰动信号和稳态量相比非常小，因此可作为一阶量来处理。

2.1

性能指标的确定

稳定性

通常来讲每个系统都有稳定性的要求，并且对于本

1动态小信号模型的选取

所选取的动态小信号模型不同，相应的得到的设计

结果也必然不同，比如在CCM（连续导通模式）下，PS-PWM（移相脉宽调制）变换器控制-输出转移函数就没有和输出滤波器所关联的二阶的极点，这和BUCK变换器截然相反。在移相脉宽调制变换器中，开关的频率、漏感以及输出电抗器直接决定了其变换器特征极点。尽管移相脉宽调制全桥DC/DC变换器也属于BUCK类变换器中的一种，但是其占空比为电压及输出电压和负载电流的函数，这和普通的BUCK变换器完全不一样，导致这种不同的根本原因就是由于移相工作方法及变压器初级漏感。移相脉宽调制和BUCK小信与模型的差异可以由BODE图体现出来。文献资料表明，按照BUCK模型设计出三相15V/50A的稳压电源，其输出电压的精度达到3.6‰，而低频交流纹波不大于100mV，开关纹波不大于50mV，只能满足普通的要求。由BODE图显示可以看出，BUCK变换器的幅频特征在转折频率处对开环穿越频率的提高有一定的限制，这个特点有可能会影响到变换器的稳定性。因此，我们就采用移相脉宽调制模型对输出滤波器的设计加以指定，并做出以下假设：第一，输入滤波器的转折频率要低于开关频率；第二，扰动信号

收稿日期：2010-12-25作者简介：樊思丝（1987—），女，四川德阳人，大学本科，研究方向：电

子信息。

文所提到的直流稳压系统还提出了较好的暂态性的要要求其增益余量大于40dB，求。对于该电源系统来说，而相位余量也要大于30°。2.2

瞬态响应指标

如果开关电源受到外界的扰动，那么相应的输出量也会出现抖动，然后再恢复至稳定值。通常衡量基动态特性的指标以过冲幅度及动态恢复时间为参照。其中动态恢复时间又和系统的开环穿越频率有关，二者的关系为穿越频率越高，其恢复的时间就越短；而过冲幅度则和相位余量成反比关系，即相位余量越大波动的幅度就越小。2.3

电源精度

本系统的电压精度要求设计范围在1‰，而纹波则小于1‰（指对给定值）。纹波中又包括高频和低频两个部分，其中开关频率造成了高频部分，其主要依靠输出滤波器来抑制；而电网波动引入了低频部分，其主要依靠系统的负反馈进行克服。

3.1

系统分析与设计

方案比较

在设计直流稳定电源时，比较常用的补偿方式为采

用PID。通过PI