基于磁放大器的大電流多輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源的研究
整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)是由輸出LC濾波器、控制復(fù)位電流模塊、采樣網(wǎng)絡(luò)和PI調(diào)節(jié)器所組成。一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)必須同時(shí)具有下面兩個(gè)條件:一是截止頻率所處的中頻段的斜率必須是-20dB/dec;二是截止頻率所處的中頻段要有足夠?qū)挼念l率范圍。一般截止頻率為工作頻率的1/4或1/5。此設(shè)計(jì)中工作頻率為100kHz,截止頻率為20kHz。
5.1 輸出LC濾波器
輸出LC濾波器的等效電路如圖5所示:
圖5中的Resr是電容的等效串聯(lián)電阻,此處的電容值為1000uF,等效串聯(lián)電阻為0.12#8486;。則LC濾波器的增益曲線如圖6所示。
其中:
式中,
從上面等效電路可知,LC輸出濾波器的傳遞函數(shù)為:
所以LC濾波器在截止頻率處的增益:
5.2 控制復(fù)位電流模塊
控制復(fù)位電流模塊的增益:
由于輸出電壓為5V,式中取=11V。
5.3 采樣網(wǎng)絡(luò)
對(duì)于UC3838A控制模塊,其誤差放大器所能容忍的參考電壓為2.5V,而輸出電壓是5V,使采樣電阻R5=R6 , 所以采樣網(wǎng)絡(luò)的增益=-6dB,因此=-1.5 dB。
在截止處,LC濾波器增益與控制復(fù)位電流模塊增益和采樣網(wǎng)絡(luò)增益相加為:
所以整個(gè)的增益曲線如圖7中所示:
5.4 PI調(diào)節(jié)器
通過(guò)前面的計(jì)算、分析可知在截止頻率處的增益不等于零,因此若不加校正器環(huán)節(jié)該系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了該系統(tǒng)穩(wěn)定,我們使用由誤差放大器所構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器。由于本文中所用的電解電容不是零等效串聯(lián)電阻的電容(即Resr≠0),故所用誤差放大器可采用的二階誤差放大器。其等效電路如圖8所示:
該二階誤差放大器的傳遞函數(shù)為:
通常,C6C4 固有:
其增益曲線如圖7中所示。由于在截止頻率處的增益是-27.2dB,欲使整個(gè)開環(huán)系統(tǒng)在截止頻率處的增益為零,因此誤差放大器在截止頻率處的增益必須為27.2dB。
由:
可得:K=22.9
由式(8)可知:
式中:取R14=100K#8486;
故:=0.0437
PI調(diào)節(jié)器的增益曲線如圖7所示,本設(shè)計(jì)中必須注意PI調(diào)節(jié)器增益曲線中兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率的設(shè)計(jì),因?yàn)橛瓜到y(tǒng)穩(wěn)定,截止頻率所處的中頻段必須有一定的寬度,設(shè)置過(guò)低,輸出電壓的紋波將會(huì)偏大,而如果的設(shè)置如果過(guò)高,則噪音電壓尖峰將會(huì)通過(guò)LC濾波器到達(dá)輸出電壓。為了使系統(tǒng)具有較大的穩(wěn)定裕量,又能使輸出電壓的紋波和噪音電壓峰值限制在規(guī)定的范圍之內(nèi),一般情況下使,S的值一般取4,因此這里=20/4=5kHz,=20×4=80kHz。在此取R10=775#8486;。
根據(jù):
有
同理:
滿足:
5.5 整個(gè)系統(tǒng)開環(huán)增益分析
將曲線與PI調(diào)節(jié)器的增益曲線相疊加,得到整個(gè)系統(tǒng)的增益曲線如圖7中ABCDE折線所示,從圖中可以看出開環(huán)截止頻率所處的中頻段的斜率為-20dB/dec,而且保證了中頻段有足夠的寬度。因此該閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。
6 計(jì)算機(jī)仿真
通過(guò)上面的分析與計(jì)算,以及給定的各個(gè)元件的參數(shù),進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,其仿真波形如圖9所示。從仿真波形中可以看出:輸出電壓能夠滿足設(shè)計(jì)的需要。并且在實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際生產(chǎn)中驗(yàn)證:該開關(guān)電源的效率可達(dá)85%,穩(wěn)壓精度高達(dá)98.5%。
7 結(jié)束語(yǔ)與應(yīng)用前景
對(duì)于大電流多組輸出的開關(guān)穩(wěn)壓電源,用傳統(tǒng)的電壓負(fù)反饋不能解決輔助輸出電壓的穩(wěn)定,本文中采用了磁放大器后相校正的方式解決了其輸出電壓的穩(wěn)定,而且磁放大器后相校正方式具有的價(jià)格便宜、繞制方式簡(jiǎn)單、控制芯片的外圍電路簡(jiǎn)單和閉環(huán)易于控制的優(yōu)點(diǎn),且利于推廣應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的新型大電流多輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源已在深圳一家公司得到了應(yīng)用,使用效果良好。
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評(píng)論