全固態(tài)電視發(fā)射機中的高性能開關電源設計

　　為了建設低碳可持續(xù)型社會，人們對環(huán)保節(jié)能低耗綠色能源提出了更高的要求。隨著各種功率開關元件的研制、應用，隨著各種類型專用集成電路、磁性元件、高頻電容研制成功，應用功率電子學技術理論研究不斷深化，功率變換器拓撲及其對偶理論日益完善。如今開關電源的工作頻率從20KHz 提高到500KHz 甚至到1MHz ,功率也從最初的幾瓦、幾十瓦提高到了幾千瓦、幾十千瓦甚至更高，效率可以達到90%以上。完全適應當今高效率、小型輕型化、低功耗的技術要求，從而取代了笨重的工頻變壓器。在現(xiàn)階段各種輸入輸出設備有90%以上都采用開關電源方式供電，只有少數(shù)音響功放為了追求更高的音質(zhì)而采用環(huán)形變壓器供電方式。開關電源是實現(xiàn)綠色能源的重要手段，也是今后相當長一段時間綠色能源發(fā)展方向。

　　全固態(tài)發(fā)射機，除了信號指標的提升外，體小量輕、高效低耗、積木式結(jié)構(gòu)維護簡單是它的顯著優(yōu)點，其供電方式采用六只26V/100A 開關電源分別為六路末級功放供電。開關電源是整個發(fā)射系統(tǒng)的能量保障，本文介紹開關電源分類、工作原理、優(yōu)缺點以及維修方法等。

　　一、開關電源按照控制原理可以分為四類

　　1、脈沖寬度調(diào)制（簡稱PWM、即脈寬調(diào)制）式：工作方式為開關周期為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來改變占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。

　　2、脈沖頻率調(diào)制（簡稱PFM, 即脈頻調(diào)制）式：工作方式為脈沖寬度為恒定，通過調(diào)節(jié)開關頻率來改變占空比。

　　3、脈沖密度調(diào)制（簡稱PDM,即調(diào)密制）式：其特點工作方式是脈沖寬度為恒定，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。這種調(diào)制方式需采用零電壓技術，能顯著降低功率開關管的功耗。

　　4、混合調(diào)制式（即脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制兩種方式相結(jié)合）開關周期和脈沖寬度都不固定，均可調(diào)節(jié)。

　　以上四種方式統(tǒng)稱為"時間比率調(diào)制"（即TRC 方式）。其中脈沖寬度調(diào)制方式技術最為成熟， 應用也最為廣泛。如早期產(chǎn)品CW1525A、1527A, 近期產(chǎn)品T494、UC3842 等均為脈沖寬度調(diào)制。

　　二、開關電源的工作原理及其性能

　　以上四種調(diào)制方式以脈沖調(diào)寬開關電源在實際應用中最為廣泛?；緲?gòu)成如圖1- 1 所示，主要由以下6 部分組成。

　　接入交流電網(wǎng)（50Hz ,220V AC 或者115VAC）經(jīng)EMI 防電磁干擾電源線濾波器，直接整流濾波變成直流， 再經(jīng)變換器將直流電壓（275V 或172V） 變換為數(shù)十KHz 或數(shù)百KHz的高頻方波或準方波電壓控制功率開關管，經(jīng)高頻率變壓器隔離、降壓（或升壓），再經(jīng)高頻整流濾波后輸出直流電壓，經(jīng)取樣、比較、放大控制PWM 調(diào)制器驅(qū)動功率開關管的占空比。從而可以得到穩(wěn)定的輸出電壓。

　　通過以上介紹我們基本了解了開關電源的分類及其脈沖寬度調(diào)制類型的基本構(gòu)成。但在實際運用中，PWM 制式開關電源有兩種控制類型，一種是電壓控制方式，一種是電流控制方式。電流控制方式開關電源是在電壓控制環(huán)路基礎上又增加電流控制環(huán)路。基本原理如圖1- 2（a , b）所示：

　　通過接入源極， 反饋電阻Rs 去控制電流檢測比較器。Us 為電流檢測電阻壓降， 此時PWM 比較器為電流檢測比較器。電流控制型通過檢測電阻來檢測電流，并且可逐個周期的限制電流，便于實現(xiàn)過流保護。固定頻率的時鐘脈沖將PWM 鎖存器置位，從Q 端輸出的驅(qū)動信號為高電平，使功率開關管VT 導通，高頻變壓器一側(cè)電流線性地增大。當電流檢測電阻Rs 上的壓降達到并超過Us 時，電流檢測比較器翻轉(zhuǎn)，輸出的高電平將鎖存器復位。從Q端輸出的驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖剑铋_關管關斷直到下一個時鐘脈沖使PWM 所存器置位。電流控制型開關電源具有以下優(yōu)點：

　?。?） 它屬于雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)由電壓反饋電路構(gòu)成，內(nèi)環(huán)由電流反饋組成，并且電流反饋電路受電壓反饋的控制。與純電壓反饋電路相比，電流反饋電路的增益帶寬更大。

　?。?） 對輸入電壓瞬時變化的響應速度快，當輸入電壓發(fā)生變化時能迅速調(diào)整輸出電壓以達到穩(wěn)定值。這是因為輸入電壓的變化會導致高頻變壓器一側(cè)電感電流發(fā)生變化，進而使Us 改變，無須經(jīng)過誤差放大器，直接通過電流檢測比較器就能改變輸出脈沖的占空比。

　?。?） 電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)雙重控制下，可提高電壓調(diào)節(jié)技術指標。簡化誤差放大器補償網(wǎng)絡的設計。

　?。?） 只要電流保護設定閥值，PWM 電流比較器就會動作，使功率開關管關斷，維持輸出電壓穩(wěn)定。電流控制型本身帶有限電流保護， 只需改變Rs 值，即可精確設定限電流閥值。

　　此電流控制型電路也存在許多不足的地方：如電路較電壓控制型復雜，給電路問題分析帶來了困難。當占空比超過50%時，高頻變壓器一側(cè)電感工作在連續(xù)儲能模式，開關電流信號的上升斜率較小，可能造成控制電路工作不穩(wěn)定，需加斜率補償。對噪聲抑制能力較差，只要在電流信號上疊加較小噪聲，就容易導致PWM 控制器誤動作，需增加噪聲抑制電路等。