一種中小功率的高頻開關式通信電源的設計

　　濾波電感有兩個作用。一是濾波作用，減小輸出紋波，從這個意義上說，電感值越大越好。二是為原邊開關管的ZVS 提供能量，電感電流必須可以減小到零且有一定的負值，從這方面來說，電感必須小于一定值。所以設計電感的原則是，在滿載能夠實現滯后管軟開關的前提下，電感取最大值。

　　3 基于Buck 變換器的小信號模型設計

　　Buck 變換器只有兩種工作模態，即開關管導通和開關管截止狀態。

　　首先為理想的Buck 變換器在一個開關周期內的兩種不同工作狀態建立狀態方程和輸出方程。這里取電感電流iL(t)和電容電壓uc(t)作為狀態變量，組成二維狀態向量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 變換器拓撲圖

　　4 基于倍流整流移相全橋變換器的小信號模型設計

　　倍流整流移相全橋變換器是在BUCK 變換器的基礎上推導出來的，兩種變換器都是典型的二階系統。由它的狀態空間矩陣得到控制輸出的傳遞函數為：

　　代入相關參數可得到該傳遞函數的波特圖如圖5 所示：

　　圖5 倍流整流移相全橋變換器傳遞函數波特圖

　　5 通信電源的實驗研究

　　基于以上分析， 本文設計了一個輸出電壓和輸出電流分別為48V 和15A 通信電源的樣機，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、驅動電路、過流保護電路等的設計。

　　5.1 采樣電路設計

　　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，實現了電隔離，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 驅動電路設計

　　MOS 型器件的理想驅動波形應有合理的脈沖上升沿和下降沿、足夠大的驅動功率、合適的驅動正向電壓和反向電壓。本電源移相全橋拓撲的四路驅動信號占空比大小固定; 開關頻率較高，為100K，要求有較強的抗干擾能力。

　　5.3 過流保護電路設計

　　電壓型電流傳感器(霍爾器件)檢測到輸出電流，經過RC 電路濾波后送到比較器的正相輸入端，而設定的電壓給定值接比較器的反向輸入端，兩個量進行比較，當大于給定值時，說明輸出過流，此時比較器輸出高電平，三極管導通，發光二極管發光提示過流，同時PDPINTA 為低電平，然后接入到DSP。GPIOA5 送出的是保護信號，當軟件出現保護時，GPIOA5 為高電平，其相應的比較器輸出為高電平，同樣使得PDPINTA 為低電平。

　　5.4 軟件設計

　　軟件設計包括主程序、通信子程序、雙環調節子程序、A/D 轉換中斷、PWM1 和PWM3 產生中斷、PWM2 和PWM4 產生中斷。

　　5.5 實驗方法和結果分析

　　實驗結果表明：采用積分分離的控制算法，超調量減小，調節時間減小，從而改善了動態性能。倍流整流電路較全波整流來說，占空比丟失小、沒有二極管的反向恢復以及滯后管實現軟開關更容易。