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开关电源的控制方式

开关电源的控制方式,通常有下面三种:

1、PWM:脉冲宽度调制

2、PFM:脉冲频率调制

3、PWM+PFM:脉冲宽度和频率混合调制

目前常见的是PWM方式,其他方式较为少见,本文主要以PWM方式控制的开关电源基本原理进行讲述。

各控制方式的工作特点

【脉冲宽度调制方式】简称:脉宽调制

外文全称:Pulse Width Modulation

外文缩写:PWM

工作特点:开关频率固定,通过改变脉冲宽度来实现控制。固定的开关频率,为滤波电路的设计提供了方便。缺点是开关管的最小导通时间限制了最小脉冲宽度,使得输出电压不能在较宽范围调节;此外输出端通常需要接假负载(或称:预负载),用于防止空载输出电压升高。

【脉冲频率调制方式】简称:脉频调制

外文全称:Pulse Frequency Modulation

外文缩写:PFM

工作特点:脉冲宽度固定,通过改变开关频率来实现控制。要用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器,利用电压/频率转换器(如:压控振荡器)改变控制频率。这种方式的输出电压调节范围很宽,输出可不接假负载。

PWM和PFM方式的调制波形分别如下图(a)、(b)所示:

【tp】表示脉冲宽度,即:功率开关管的导通时间tON

【T】代表周期,即:功率开关管开和关状态的总时长

两种方式的共同之处:

①均采用时间比率控制(TRC)的稳压原理,尽管采用的方式不同,但控制目标一致。

②当负载由轻变重,或者输入电压从高变低时,分别通过增加脉宽、升高频率的方法,使输出电压保持稳定。

【混合调制方式】,即:脉冲宽度与开关频率都不固定

这种方式,脉宽与频率都能改变,属于PWM和PFM的混合控制。由于【tp】和【T】都可单独调节,因此调节范围最宽,适合实验室等需要很宽电压调节范围的开关电源。

脉宽调制式开关电源的基本原理

脉宽调制式开关电源的基本原理如下图所示:

交流220V输入电压经过整流滤波后变成直流电压【U1】,由功率开关管【VT】或【MOSFET】斩波、经高频变压器【T】降压,得到高频矩形波电压,通过输出整流滤波器【VD】、【C2】,获得所需要的直流输出电压【Uo】。

脉宽调制器是这类开关电源的核心,它能产生频率固定,脉宽可调的驱动信号,控制功率开关管通断,从而调节输出电压的高低,达到稳压目的。

锯齿波发生器提供时钟信号。误差放大器和PWM比较器构成闭环调节回路,输出电压在误差放大器中与基准电压源【Uref】进行比较得到调节比例。如果负载变化引起Uo下降,脉宽将变宽使斩波后的平均电压升高,致使Uo上升,回到设定电压。反之亦然。

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