一种加权控制的开关电源

第卷第期四川轻化工学院学报卜年月文章编号一种加权控制的开关电源姚毅，贾金玲四川轻化工学院电子与信息工程系，四川自贡摘要详细分析了多路输出开关电源控制体制上的缺点，提出了一种加权控制方法，并提出了实际的电路实现方案关键词开关电源多路输出加权控制分时控制中图分类号文献标识码开关电源由于其体积小重量轻转换效率高对输入电压和频率变化具有较强的适应性而被广泛用于各种电子设备。

开关电源通常由前置预稳压直流变换后稳压等单元电路构成。

由不同的单元电路组合可以构成各种不同性能的开关电源，常见的开关电源种类有川直流预稳压加直流变换器的开关电源从次级整流反馈预稳压加变换器的开关电源从次级整流反馈的脉宽调制变换器组成的开关电源等。

各种开关电源的前置预稳压电路通常根据实际需要选择串联降压型或并联升压型开关稳压电路，带多路输出的逆变电路通常由脉宽调制变换器构成，并带有稳压功能后稳压电路通常由直流稳压电路充当，但直流稳压电路是通过将一部份电功率转换成热功率来实现稳压的，这样会降低电源的功率转换效率，增大体积和重量，因此，开关电源稳定性的提高通常靠提高前置预稳压电路的稳定性和提高直流逆变器对输出电压变化的调整能力来实现。

本文主要论述一种采用从多路输出提取电压反馈信号，并加权控制脉宽调制器而获得多路稳定输出的开关电源。

脉宽调制型多路输出稳压器存在的问题典型脉宽调制多路输出稳压器电路结构如图所示。

目前此类电源通常只从一路次级输出取出反馈控制信号，以调节输人电源变化和输出负载变化的影响当输人电网电压上升时，脉宽调制器次级输出电压也上升，从输出级取出的反馈电压调节脉宽调制器的占空比，使输出电压稳定在确定的值上当反馈路负载的变化使次级整流滤波线整多路脉次级整流滤波滤流宽调制波滤器波次级整流滤波图典型脉宽调制型多路输出开关电源框图日期一姚毅一男，四川自贡人，硕士，副教授，主要从事微波技术研究第卷第期姚毅等一种加权控制的开关电源该路输出电压下降时，从输出取出的反馈电压调节脉宽调制器的占空比，使输出电压上升如果要求电源对电网电压的波动具有优良的稳定性，通常可以在逆变器前加一级预稳压电路，以抑制电网电压变化引起的输出波动。

此电路具有结构简单体积小重量轻等优点，但它存在下面个方面的问题，脉宽调制器只对反馈次级支路的负载变化具有调节能力，对其它次级支路的负载变化无调节能力。

由于逆变器只受从一路次级输出取回的电压反馈信号控制，因此，电源只能对该路次级输出负载的变化具有调节能力，而其它路次级输出电压对电网电压变化保持相对稳定，对其负载变化相对稳定或存在变化。

第二，存在控制支路对非控制支路的影响。

当控制支路负载发生变化时，反馈信号对脉宽调制器的控制反而可能会导致其它次级支路输出电压的不稳定。

如当控制支路负载变化使该路输出电压降低，此时从该路取出的反馈信号将控制脉宽调制器所有的次级输出电压上升，结果其它输出电压也会上升，如果某非控制支路输出电压本来就偏高于它的要求输出值，则这种由于控制支路负载变化带来的影响会使此路输出电压进一步升高，造成这一次级输出电压的不稳定反过来也可能会出现相反的现象，由于控制支路输出电压上升，反馈控制的结果将导致其它支路输出电压的下降，如果某非控支路的输出电压本来就低于其额定输出值，则这一支路的输出电压进一步下降也会造成此路输出不稳定。

第三，在制做电源时，除控制支路外，其它支路输出电压不可调，并且很难准确输出额定电压值在此种电源中，如果反馈信号从V0，取出，因为对于环形或一型铁芯，次级匝数只能增加或减少一匝，这样，假如和是输出为V0，的次级匝数，为相应输出次级整流二极管压降，那么，各支路输出直流电压为一磷一如果逆变器使用的频率为绕组的每匝电压为这样其它次级电压的不确定范围也就有如果绕组每匝电压更高，则其它路次级电压的不确定范围更大。

控制支路的输出电压能够准确地选择在所设计的值上，这只要通过调节反馈控制电路的放大系数或反馈控制比就能实现。

其它次级的输出电压可根据式（l求出。

如果输出不是所需的值，则增加一匝输出线圈将增加或更高的电压，当然坏的情况是所需的输出电压正好落在次级改变一匝电压的中间，这样其它次级输出电压与所要求电压的大偏差为变压器各输出支路次级绕组每匝电压的一半。

解决问题的方法及原理对于脉宽调制型多路输出稳压器的上述个问题，传统的解决办法是在每一非控次级输出支路中加一后稳压电路，而且，后稳压电路通常采用串联调整稳压电路。

尽管这种方法十分简单，但在每一非控次级输出支路中加一后稳压电路，这对于在体积和重量方面有严格要求的电源来说是十分不利的。

如果对各路输出电压精度要求不是特别高的情况下，采用本文提出的加权控制方法来解决此问题是十分有效的。

加权控制方法原理脉宽调制型多路输出稳压器出现上述个问题的主要原因是，其反馈控制信号只从一路次级取出，当然，脉宽调制器就只能对该路输出电压进行调节和控制。

显然，要使电源的各路次级输出电压可调和受控，那就应该对各路次级输出电压进行取样，并按一定的权进行组合，构成所四川轻化工学院学报年月需要的控制信号的构成主要有按各控制信号的幅值加权组合和时间加权组合两种按各控制信号的幅值加权组合表达式为其中一是从各次级输出取出的反馈控制电压，一为取定的权值，是脉宽调制器的总控制电压按各控制信号的时间加权组合的表达式为一介一汁一介]一介」

其中，是一组取定的加权值且为整数，为控制周期。

以上表达式的意义为，在取定的个控制周期内，在一时间段，脉宽调节器的控制电压由V0，取样在一时间段，脉宽调制器的控制电压由取样在一时间段，脉宽调制器的控制电压由取样这样就实现了在一个时间段分别由的加权分时控制过程加权控制法权的选取依据无论是由个反馈电压线性地组合成控制电压，还是分时地用个反馈电压分别去作为控制电压，加权控制法主要的核心是这些权重的选取。

各支路的权重决定了此支路在整个电源中受控的比重，给定一组权重，实际上就给定了各支路在电源中受控程度的排序。

如果某支路给定的权重较大，该支路对脉宽调制器的控制能力就强，因此，脉宽调制器对各种因素引起的此支路输出电压变化的调节能力就强。

反之，如果某支路给定的权重较小，该支路对脉宽调制器的控制能力就较弱，脉宽调制器对此支路输出电压变化的调节能力也就较差，该支路的输出电压的稳定性也就较差因此，给定各支路的权重也就是给定了各支路的稳定特性。

在加权控制的开关电源中，各输出支路的权主要根据以下个方面来选取。，，根据输出支路的重要性决定此支路的权。

开关电源向电子设备供电，在一个电子系统中，有的设备对供电的稳定性要求高，有的设备对供电的稳定性要求不高，因此，根据电子系统各设备对供电稳定性的要求可以确定一组权。

第二，按电源各支路的输出功率指定权重。

如果电子系统各设备对供电稳定性没有特殊要求，则可按电源各支路输出功率的大小来指定权重。

输出功率大的支路，给予较重的权，输出功率小的支路，给予较轻的权。

第三，按电源各支路输出电流的大小来指定权重。

由于脉宽调制器是通过控制导通时间长短来控制输出电压值的显然，输出电流大的支路要给予较重的权，输出电流较小的支路给予较轻的权，这样才能保证各路输出有一个综合理想的稳定性。

加权控制的实现由于控制信号有按幅值加权和按时间加权两种构成方法，因此开关电源的控制也主要分为幅值加权控制法和加权分时控制法幅值加权控制法主要是通过给定一组权重，并以此为依据构成个具有一定幅值的控制电压，如图所示，并控制脉宽调制器的导通与关闭加权分时控制法首先将时间等间隔分段，然后用一组给定的权值将每一时间段再按权分成个长短不同的时间单元，脉宽调制器的控制权在不同的时间单元分别交给对应的控制支路控制第卷第期幅值加权电路设计姚毅等一种加权控制的开关电源设开关电源有路输出电压取样后的反馈控制电压分别为若取定的一组加权值为女。，则由式表示的控制电压很容易由以下电路来实现在该电路中，生一一止二对于给定的一组权，适当选取一组电阻卜就可以实现式的幅值加权要求。3加权分时控制电路实现方案加权分时控制法的步是总控制周期的划分一般来说，总控制周期的划分要确保在一个总控制周期中的小时间单元是脉宽调制器工作周期的一倍以上。

对于具有路输出的开关电源，设脉宽调制器的工作周期为分时控制电路的周期为若给定的一组加权值为加权分时控制时间划分关系如图所示。

图幅值加权实现电路则开关电源各输出支路对脉宽调制器的一图加权分时控制时间划分示意图以上的加权分时控制关系很容易用一个与模拟选择电路一起实现。

如图所示。

在以上电路中，无论输出支路数多少，在给定一组权后，由软件很容易实现式所示的控制关系。

而且，由于一本身具有内存，则实现式所示的分时控制的程序可以全部存放在乙的内存中，且可以灵活地改写权重卜脉宽调制电路模拟选取择电路样图加权分时控制电路框图与传统在各输出支路加后稳压电路相比，图所示的加权分时控制电路仅用一片单片机和一片多路模拟选择电路就取代了传统方法中所有的后稳压电路，这在开关电源的体积重量价格三方面都带来极天的好处，如果多路输出电压的要求差异不是特别大，则加权分时的控制方法对体积重量有严格要求的电源来说，是一种方法。

结束语对开关电源进行加权控制的方法，其思路主要是改一路反馈控制为各路反馈控制实践证明。

这在很大程度上消除了前面所述的个问题，取得了较理想的综合稳压效果。

但是，无论是幅值加权控制还是加权分时控制，总还可能会出现某两路输出电压正好按相反方向变化的可能，尤其四川轻化工学院学报年月是权重较大的两支路处于这样的变化趋势时，控制的结果可能会短时导致其中一路输出电压值的恶化。

解决这个问题的办法是在加权分时控制电路中，再加一级输出电压的识别电路。

并对某些输出电压设置警戒值。

如果某路输出电压超过其警戒值，则控制电路立即将控制权交给此支路，并加大权重，使其输出电压得到立即调整。

由于加权分时控制电路中引人了带较大内存的单片机因此，开关电路的稳压控制完全可以逐步实现智能化。

参考文献叶慧贞，杨兴洲。

开关稳压北京国防工业出版社，一徐德高。

口电子科学技术，一徐淑华，程退安，姚万生。

单片微型机原理及哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，一了认一我院举办周年校庆学术报告会周年校庆之际，学院举办了周年校庆学术报告本次学术报告会名报告人均为我院各学科的学术带头人或青年学术骨干。

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