开关电源设计与脉冲宽度调制

1开关电源的脉冲宽度调制1.1开关电源脉冲宽度调制基本原理[1]脉宽调制（PWM）基本原理：掌控直流电源电路电源器件的通断，使输入末端获得一系列幅值大于的脉冲替换所须要波形。即在输入波形的半个周期中产生多个等值电压为正弦波形的脉冲。如果按照一定的规则调制各脉冲的宽度，就可以转变直流电源电路的输入电压，也可以转变输入频率。

例如，将正弦半波波形分为N等份，如果N充足大，就可把正弦半波看作由N个按照一定规律构成的脉冲波形。这些脉冲宽度均相等∏/n，但各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用某种程度数量的等幅而平均长的矩形脉冲序列替换，使矩形脉冲的中点和适当正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和适当冲量大于，就获得一组脉冲序列，即为PWM波形。

根据冲量大于，即效果完全相同的原理，由于各脉冲宽度是按正弦波规律变化，故二者是等效的。同理，在正弦的负半周，二者也是等效的。在PWM波形中，由于各脉冲幅值大于，要构建转变等效输入正弦波幅值的目的，仅有需按同一比例系数转变各脉冲宽度才可构建，因此在交－平－递变频器中，整流电路使用不高效率的二极管电路才可，直流外侧电压的幅值等同于PWM直流电源电路输入的脉冲电压。

由上由此可知，PWM波形各脉冲的宽度和间隔可以根据正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数精确计算出来。按照计算结果控制电路中各电源器件的通断，就可以获得所必须的PWM波形。1.2开关电源脉冲宽度调制反馈控制模式[2]对于定频调宽的脉冲宽度调制闭环对系统控制系统，主要有五种脉冲宽度调制反馈控制模式。1、电压模式掌控脉冲宽度调制(VOLTAGE-MODECONTROL脉冲宽度调制)：2.峰值电流模式掌控脉冲宽度调制(PEAKCURRENT-MODECONTROL脉冲宽度调制)：3.平均值电流模式掌控脉冲宽度调制(AVERAGECURRENT-MODECONTROL脉冲宽度调制)：4.滞环电流模式掌控脉冲宽度调制(HYSTERETICCURRENT-MODECONTROL脉冲宽度调制)：5.相乘模式掌控脉冲宽度调制(SUMMING-MODECONTROL脉冲宽度调制)一般来讲，脉冲宽度调制正激型主电路如图2.2.a右图的升压斩波器修改回应,Ug回应控制电路的脉冲宽度调制输入驱动信号。

根据搭配有所不同的脉冲宽度调制反馈控制模式，电路的，Uin（输出电压）、Uout（输入电压）、Ib（电源器件电流)、Ic或Id(电感电流)均可作为采样掌控信号。Uout在作为掌控采样信号时，经图1.2.b右图的电路处置，获得Ue(电压信号)，Ue送到脉冲宽度调制控制器。图1.2.b中e/a(电压运算放大器)的起到如下：1.缩放及对系统Uout与Uref（等价电压）的差值，保证稳态时的稳压精度。2.保有直流低频成分，同时波动交流高频成分。

3.校正整个闭环系统，使其能平稳工作。1.3开关电源脉冲宽度调制特点电压模式掌控只有电压对系统，控制结构上只有电压对系统的环。其三角波幅值较小，调节是有较好的抗噪声裕量。

但其对输出电压的变化动态号召较快。而引进电流模式掌控是因为其具备电压掌控模式不能相提并论的优点，还包括：对输出电压变化号召慢；避免了磁通不均衡；控制器更容易设计以及输出瞬态号召好等。

但电流模式也有缺点，例如：输出信号（还包括电压和电流）变化时有可能引发输出电压波动；抗干扰能力较为劣；电流峰值与平均值有误差等。峰值电流模式掌控相对于电压模式掌控，其仅次于优点就是对输出的电压变化以及输出阻抗的变化的瞬态号召很快。

但其缺点也比较显著，对于频率小于50%的开环不稳定性，峰值电流于平均值电流的误差无法校正。平均值电流模式掌控的优点是不必须斜坡补偿，对于调试好的电路具备良好的抗噪音性能。但其双闭环放大器比特率、增益等因应参数设计调试方面更为简单。滞环电流模式掌控其优点类似于平均值电流模式掌控，某种程度不必须斜坡补偿，稳定性也好，但其必须对电感电流仅有周期展开检测并掌控。

相乘掌控模式比普通电压模式掌控动态响应速度要慢3到5倍，输出路边电容必须较较少，但却对信号采行样式的高频噪音诱导处置拒绝较高。1.有所不同的脉冲宽度调制反馈控制模式具备各自有所不同的优缺点，在设计开关电源搭配时要根据具体情况自由选择适合的脉冲宽度调制的掌控模式。2.各种掌控模式脉冲宽度调制对系统方法的自由选择一定要融合考虑到明确的开关电源的输入输出电压拒绝、主电路流形及器件自由选择、输入电压的高频噪声大小、频率变化范围等。3.脉冲宽度调制掌控模式是发展变化的,是互相联系的，在一定的条件下是可以互相转化的。

1.4搭配脉冲宽度调制芯片原则开关电源的脉冲宽度调制专用芯片有三个经典型号:UC3842,TL494,SG3525在展开开关电源设计的时候往往要牵涉到到一个问题，那就是脉冲宽度调制调制芯片的搭配，它的搭配不管是大功率，还是小功率电源都要留意频率和精度拒绝，以达到最佳性价比。一般有如下几条原则：1.芯片的仅次于输入频率：基于脉冲宽度调制的频率及电源的输出功率，输出电压等自由选择磁芯及电感量。因此脉冲宽度调制的输入频率范围很最重要，2.输入信号的驱动功率，当然你也可以用外围电路减小驱动功率。

3.一般来说基于成本考虑到芯片及电路的架构。

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