開關電源的穩(wěn)定性設計(3)

　　4．5 測量設備

　　波特圖的測量設備如下：

　　(1)一個可調(diào)頻率的振蕩器V3，頻率范圍從10Hz(或更低)到50kHz(或更高)；

　　(2)兩個窄帶且可選擇顯示峰值或有效值的電壓表V1和V2，其適用頻率與振蕩器頻率范圍相同；

　　(3)專業(yè)的增益及相位測量儀表。

　　測試點的選擇：理論上講，可以在環(huán)路的任意點上進行伯特圖測量，但是，為了獲得好的測量度，信號注入節(jié)點的選擇時必須兼顧兩點：電源阻抗較低且下一級的輸入阻抗較高。而且，必須有一個單一的信號通道。實踐中，一般可把測量變壓器接入到圖4或圖5控制環(huán)路中接入測量變壓器的位置。

　　圖4中T1的位置滿足了上述的標準。電源阻抗(在信號注入的方向上)是電源部分的低輸出阻抗，而下一級的輸入阻抗是控制放大器A1的高輸入阻抗。圖5中信號注入的第二個位置也同樣滿足這一標準，它位于圖5中低輸出的放大器A1和高輸入阻抗的脈寬調(diào)制器之間。

　　5 最佳拓撲結構

　　無論是國外還是國內(nèi)DC／DC電源線路的設計，就隔離方式來講都可歸結為兩種最基本的形式：前置啟動+前置PWM控制和后置隔離啟動+后置PWM控制。具體結構框圖如圖6和圖7所示。

　　國內(nèi)外DC／DC電源設計大多采用前置啟動+前置PWM控制方式，后級以開關形式將采樣比較的誤差信號通過光電耦合器件隔離傳輸?shù)角凹塒WM電路進行脈沖寬度的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)整體DC／DC電源穩(wěn)壓控制。如圖6所示，前置啟動+前置PWM控制方式框圖所示，輸出電壓的穩(wěn)定過程是：輸出誤差采樣→比較→放大→光隔離傳輸→PWM電路誤差比較→PWM調(diào)寬→輸出穩(wěn)壓。Interpoint公司的MHF+系列、SMHF系列、MSA系列、MHV系列等等產(chǎn)品都屬于此種控制方式。此類拓撲結構電源產(chǎn)品就環(huán)路穩(wěn)定性補償設計主要集中在如下各部分：

　　(1)以集成電路U2為核心的采樣、比較電路的環(huán)路補償設計；

　　(2)以前置PWM集成電路內(nèi)部電壓比較器為核心的環(huán)路補償設計；

　　(3)輸出濾波器設計主要考慮輸出電壓／電流特性，在隔離式電源環(huán)路穩(wěn)定性補償設計時僅供參考；

　　(4)其它部分如功率管驅(qū)動、主功率變壓器等，在隔離式電源環(huán)路穩(wěn)定性補償設計時可以不必考慮。

　　而如圖7所示，后置隔離啟動+后置PWM控制方式框圖，輸出電壓的穩(wěn)定過程是：輸出誤差采樣→PWM電路誤差比較→PWM調(diào)寬→隔離驅(qū)動→輸出穩(wěn)壓。此類拓撲結構電源產(chǎn)品就環(huán)路穩(wěn)定性補償設計主要集中在如下各部分：

　　(1)以后置PWM集成電路內(nèi)部電壓比較器為核心的環(huán)路補償設計；

　　(2)輸出濾波器設計主要考慮輸出電壓／電流特性，在隔離式電源環(huán)路穩(wěn)定性補償設計時僅供參考。

　　(3)其它部分如隔離啟動、主功率變壓器等，在隔離式電源環(huán)路穩(wěn)定性補償設計時可以不必考慮。

　　比較圖6和圖7控制方式和環(huán)路穩(wěn)定性補償設計可知，圖7后置隔離啟動+后置PWM控制方式的優(yōu)點如下：

　　(1)減少了后級采樣、比較、放大和光電耦合，控制環(huán)路簡捷；

　　(2)只需對后置PWM集成電路內(nèi)部電壓比較器進行環(huán)路補償設計，控制環(huán)路的響應頻率較寬；

　　(3)相位裕度大；

　　(4)負載瞬態(tài)特性好；

　　(5)輸入瞬態(tài)特性好；

　　(6)抗輻照能力強。實驗證明光電耦合器件即使進行了抗輻照加固其抗輻照總劑量也不會大于2x104Rad(Si)，不適合航天電源高可靠、長壽命的應用要求。

　　6 結語

　　開關電源設計重點有兩點：一是磁路設計，重點解決的是從輸入到輸出的電壓及功率變換問題。二是穩(wěn)定性設計，重點解決的是輸出電壓的品質(zhì)問題。開關電源穩(wěn)定性設計的好壞直接決定著開關電源啟動特性、輸入電壓躍變響應特性、負載躍變響應特性、高低溫穩(wěn)定性、生產(chǎn)和調(diào)試難易度。將上述開關電源穩(wěn)定性設計方法和結論應用到開關電源的研發(fā)工作中去，定能事半功倍。