開關電源的控制方式
開關電源的控制方式,通常有下面三種:
1、PWM:脈沖寬度調制
2、PFM:脈沖頻率調制
3、PWM PFM:脈沖寬度和頻率混合調制
目前常見的是PWM方式,其他方式較為少見,本文主要以PWM方式控制的開關電源基本原理進行講述。
各控制方式的工作特點【脈沖寬度調制方式】簡稱:脈寬調制
外文全稱:Pulse Width Modulation
外文縮寫:PWM
工作特點:開關頻率固定,通過改變脈沖寬度來實現控制。固定的開關頻率,為濾波電路的設計提供了方便。缺點是開關管的最小導通時間限制了最小脈沖寬度,使得輸出電壓不能在較寬範圍調節;此外輸出端通常需要接假負載(或稱:預負載),用于防止空載輸出電壓升高。
【脈沖頻率調制方式】簡稱:脈頻調制
外文全稱:Pulse Frequency Modulation
外文縮寫:PFM
工作特點:脈沖寬度固定,通過改變開關頻率來實現控制。要用固定脈寬發生器來代替脈寬調制器中的鋸齒波發生器,利用電壓/頻率轉換器(如:壓控振蕩器)改變控制頻率。這種方式的輸出電壓調節範圍很寬,輸出可不接假負載。
PWM和PFM方式的調制波形分别如下圖(a)、(b)所示:
【tp】表示脈沖寬度,即:功率開關管的導通時間tON
【T】代表周期,即:功率開關管開和關狀态的總時長
兩種方式的共同之處:
①均采用時間比率控制(TRC)的穩壓原理,盡管采用的方式不同,但控制目标一緻。
②當負載由輕變重,或者輸入電壓從高變低時,分别通過增加脈寬、升高頻率的方法,使輸出電壓保持穩定。
【混合調制方式】,即:脈沖寬度與開關頻率都不固定
這種方式,脈寬與頻率都能改變,屬于PWM和PFM的混合控制。由于【tp】和【T】都可單獨調節,因此調節範圍最寬,适合實驗室等需要很寬電壓調節範圍的開關電源。
脈寬調制式開關電源的基本原理脈寬調制式開關電源的基本原理如下圖所示:
交流220V輸入電壓經過整流濾波後變成直流電壓【U1】,由功率開關管【VT】或【MOSFET】斬波、經高頻變壓器【T】降壓,得到高頻矩形波電壓,通過輸出整流濾波器【VD】、【C2】,獲得所需要的直流輸出電壓【Uo】。
脈寬調制器是這類開關電源的核心,它能産生頻率固定,脈寬可調的驅動信号,控制功率開關管通斷,從而調節輸出電壓的高低,達到穩壓目的。
鋸齒波發生器提供時鐘信号。誤差放大器和PWM比較器構成閉環調節回路,輸出電壓在誤差放大器中與基準電壓源【Uref】進行比較得到調節比例。如果負載變化引起Uo下降,脈寬将變寬使斬波後的平均電壓升高,緻使Uo上升,回到設定電壓。反之亦然。
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