一種中小功率的高頻開(kāi)關(guān)式通信電源的設(shè)計(jì)

　　濾波電感有兩個(gè)作用。一是濾波作用，減小輸出紋波，從這個(gè)意義上說(shuō)，電感值越大越好。二是為原邊開(kāi)關(guān)管的ZVS 提供能量，電感電流必須可以減小到零且有一定的負(fù)值，從這方面來(lái)說(shuō)，電感必須小于一定值。所以設(shè)計(jì)電感的原則是，在滿載能夠?qū)崿F(xiàn)滯后管軟開(kāi)關(guān)的前提下，電感取最大值。

　　3 基于Buck 變換器的小信號(hào)模型設(shè)計(jì)

　　Buck 變換器只有兩種工作模態(tài)，即開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)管截止?fàn)顟B(tài)。

　　首先為理想的Buck 變換器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的兩種不同工作狀態(tài)建立狀態(tài)方程和輸出方程。這里取電感電流iL(t)和電容電壓uc(t)作為狀態(tài)變量，組成二維狀態(tài)向量x(t)=[iL(t)，uc(t)]T;取輸入電壓ui(t)為輸入變量，組成一維輸入向量u(t)=[ui(t)];取電壓源的輸出電流is(t)，變換器的輸出電壓u0(t)作為輸出變量，組成二維輸出向量y(t)=[is(t)，u0(t)]T。

　　圖4 Buck 變換器拓?fù)鋱D

　　4 基于倍流整流移相全橋變換器的小信號(hào)模型設(shè)計(jì)

　　倍流整流移相全橋變換器是在BUCK 變換器的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的，兩種變換器都是典型的二階系統(tǒng)。由它的狀態(tài)空間矩陣得到控制輸出的傳遞函數(shù)為：

　　代入相關(guān)參數(shù)可得到該傳遞函數(shù)的波特圖如圖5 所示：

　　圖5 倍流整流移相全橋變換器傳遞函數(shù)波特圖

　　5 通信電源的實(shí)驗(yàn)研究

　　基于以上分析， 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出電壓和輸出電流分別為48V 和15A 通信電源的樣機(jī)，主電路由橋式逆變電路、高頻變壓器及阻斷電容、輸出整流濾波電路等組成。外圍電路包括采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)電路等的設(shè)計(jì)。

　　5.1 采樣電路設(shè)計(jì)

　　輸入電壓和輸出電壓采用線性光耦HCNR201 采樣， 如圖6 所示。輸出電流和輸入電流采樣采用電流LEM，該方法精確可靠，實(shí)現(xiàn)了電隔離，但成本較高，且需要精確的±15V 直流電源。

　　圖6 電壓采樣電路

　　5.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　MOS 型器件的理想驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)有合理的脈沖上升沿和下降沿、足夠大的驅(qū)動(dòng)功率、合適的驅(qū)動(dòng)正向電壓和反向電壓。本電源移相全橋拓?fù)涞乃穆夫?qū)動(dòng)信號(hào)占空比大小固定; 開(kāi)關(guān)頻率較高，為100K，要求有較強(qiáng)的抗干擾能力。

　　5.3 過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　電壓型電流傳感器(霍爾器件)檢測(cè)到輸出電流，經(jīng)過(guò)RC 電路濾波后送到比較器的正相輸入端，而設(shè)定的電壓給定值接比較器的反向輸入端，兩個(gè)量進(jìn)行比較，當(dāng)大于給定值時(shí)，說(shuō)明輸出過(guò)流，此時(shí)比較器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光提示過(guò)流，同時(shí)PDPINTA 為低電平，然后接入到DSP。GPIOA5 送出的是保護(hù)信號(hào)，當(dāng)軟件出現(xiàn)保護(hù)時(shí)，GPIOA5 為高電平，其相應(yīng)的比較器輸出為高電平，同樣使得PDPINTA 為低電平。

　　5.4 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)包括主程序、通信子程序、雙環(huán)調(diào)節(jié)子程序、A/D 轉(zhuǎn)換中斷、PWM1 和PWM3 產(chǎn)生中斷、PWM2 和PWM4 產(chǎn)生中斷。

　　5.5 實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用積分分離的控制算法，超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時(shí)間減小，從而改善了動(dòng)態(tài)性能。倍流整流電路較全波整流來(lái)說(shuō)，占空比丟失小、沒(méi)有二極管的反向恢復(fù)以及滯后管實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)更容易。