一種中小功率的高頻開關(guān)式通信電源的設(shè)計

　　濾波電感有兩個作用。一是濾波作用，減小輸出紋波，從這個意義上說，電感值越大越好。二是為原邊開關(guān)管的ZVS 提供能量，電感電流必須可以減小到零且有一定的負值，從這方面來說，電感必須小于一定值。所以設(shè)計電感的原則是，在滿載能夠?qū)崿F(xiàn)滯后管軟開關(guān)的前提下，電感取最大值。

　　3 基于Buck 變換器的小信號模型設(shè)計

　　Buck 變換器只有兩種工作模態(tài)，即開關(guān)管導通和開關(guān)管截止狀態(tài)。

　　首先為理想的Buck 變換器在一個開關(guān)周期內(nèi)的兩種不同工作狀態(tài)建立狀態(tài)方程和輸出方程。這里取電感電流iL(t)和電容電壓uc(t)作為狀態(tài)變量，組成二維狀態(tài)向量x(t)=[iL(t)，uc(t)]T;取輸入電壓ui(t)為輸入變量，組成一維輸入向量u(t)=[ui(t)];取電壓源的輸出電流is(t)，變換器的輸出電壓u0(t)作為輸出變量，組成二維輸出向量y(t)=[is(t)，u0(t)]T。

　　圖4 Buck 變換器拓撲圖

　　4 基于倍流整流移相全橋變換器的小信號模型設(shè)計

　　倍流整流移相全橋變換器是在BUCK 變換器的基礎(chǔ)上推導出來的，兩種變換器都是典型的二階系統(tǒng)。由它的狀態(tài)空間矩陣得到控制輸出的傳遞函數(shù)為：

　　代入相關(guān)參數(shù)可得到該傳遞函數(shù)的波特圖如圖5 所示：

　　圖5 倍流整流移相全橋變換器傳遞函數(shù)波特圖

　　5 通信電源的實驗研究

　　基于以上分析， 本文設(shè)計了一個輸出電壓和輸出電流分別為48V 和15A 通信電源的樣機，主電路由橋式逆變電路、高頻變壓器及阻斷電容、輸出整流濾波電路等組成。外圍電路包括采樣電路、驅(qū)動電路、過流保護電路等的設(shè)計。

　　5.1 采樣電路設(shè)計

　　輸入電壓和輸出電壓采用線性光耦HCNR201 采樣， 如圖6 所示。輸出電流和輸入電流采樣采用電流LEM，該方法精確可靠，實現(xiàn)了電隔離，但成本較高，且需要精確的±15V 直流電源。

　　圖6 電壓采樣電路

　　5.2 驅(qū)動電路設(shè)計

　　MOS 型器件的理想驅(qū)動波形應有合理的脈沖上升沿和下降沿、足夠大的驅(qū)動功率、合適的驅(qū)動正向電壓和反向電壓。本電源移相全橋拓撲的四路驅(qū)動信號占空比大小固定; 開關(guān)頻率較高，為100K，要求有較強的抗干擾能力。

　　5.3 過流保護電路設(shè)計

　　電壓型電流傳感器(霍爾器件)檢測到輸出電流，經(jīng)過RC 電路濾波后送到比較器的正相輸入端，而設(shè)定的電壓給定值接比較器的反向輸入端，兩個量進行比較，當大于給定值時，說明輸出過流，此時比較器輸出高電平，三極管導通，發(fā)光二極管發(fā)光提示過流，同時PDPINTA 為低電平，然后接入到DSP。GPIOA5 送出的是保護信號，當軟件出現(xiàn)保護時，GPIOA5 為高電平，其相應的比較器輸出為高電平，同樣使得PDPINTA 為低電平。

　　5.4 軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計包括主程序、通信子程序、雙環(huán)調(diào)節(jié)子程序、A/D 轉(zhuǎn)換中斷、PWM1 和PWM3 產(chǎn)生中斷、PWM2 和PWM4 產(chǎn)生中斷。

　　5.5 實驗方法和結(jié)果分析

　　實驗結(jié)果表明：采用積分分離的控制算法，超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時間減小，從而改善了動態(tài)性能。倍流整流電路較全波整流來說，占空比丟失小、沒有二極管的反向恢復以及滯后管實現(xiàn)軟開關(guān)更容易。