電源適配器控制系統(tǒng)的原理

電源適配器中，普遍采用負反饋控制，使其輸出電壓或電流保持穩(wěn)定，并達到一定的穩(wěn)壓或穩(wěn)流精度。因此電源適配器的主電路及反饋控制電路構成了一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其典型的結構見圖。控制電路的設計就是圍繞這一閉環(huán)自動控制系統(tǒng)展開的。

為了能進行電源適配器電壓、電流自動控制系統(tǒng)的設計，必須首先對這一系統(tǒng)的原理有比較深入的認識，電源適配器公司在本文重點闡述這一問題。

開關電路的建模

對一個現(xiàn)實世界的系統(tǒng)認識總是從建立其數(shù)學模型開始的。客觀事物本質(zhì)上是復雜的，而建模的過程就是忽略其次要的因素，探尋其主要規(guī)律的過程。隨著對事物認識的層次的不同，模型的抽象程度也相應改變。

圖所示即為品字尾電源適配器控制系統(tǒng)的典型結構。它給出了系統(tǒng)的結構和組成環(huán)節(jié)，可以用于對系統(tǒng)進行定性的研究。而要進行系統(tǒng)設計，這一模型就顯得不夠詳細，必須對其中的每個環(huán)節(jié)分別建立明確的數(shù)學描述，即給出它們的傳遞函數(shù)。

根據(jù)《自動控制原理》、《電路》和《電子學》的知識，系統(tǒng)中很多環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)都可以比較容易得到，而較困難的是主電路的建模。根據(jù)對開關電路的理想化方法和抽象程度，可以建立3個不同層次的開關電路模型，它們分別是理想開關模型、狀態(tài)空間平均模型和小信號模型。以圖42所示典型的降壓型電路為例，下面將詳細闡述這3種不同的建模方法。

理想英規(guī)電源適配器開關模型

實際開關電路中的開關器件并非理想，其開通和關斷都需要經(jīng)過一定的過程和時間，通態(tài)存在壓降，斷態(tài)有漏電流。但這些非理想因素對控制系統(tǒng)的特性影響不大，因此在建模時，可以忽略這些非理想因素，認為開關是理想的，即：

①開通和關斷過程的時間為零，

②通態(tài)壓降為零，

③斷態(tài)漏電流為零。

這樣得到的模型即為理想開關模型。圖所示即為圖42的理想開關模型。值得注意的是，此處所指開關不僅包含MOSFET、IGBT等全控型開關器件，還包括二極管。電路的拓撲結構隨著開關的通與斷而變化其電路方程也是隨著開關的通與斷而變化的，因此理想開關模型是時變的。圖中電路的狀態(tài)方程可以寫成下式所示的形式：

理想開關模型與實際的電路很接近，利用這一模型進行分析得到的結果也與實際情況較為吻合。但理想開關模型是時變的，獲得其解析解比較困難，因此通常用數(shù)值的方法來求解。

采用計算機數(shù)值計算軟件對圖所示電路的理想開關模型輸出電壓和電感電流階躍響應的數(shù)值解見圖。

數(shù)值方法總是針對一個特定的問題進行求解的，無法獲得對一類控制系統(tǒng)具有普遍意義的結果，因此，還需要對理想開關模型進行改進，消除其時變性，從而獲得解析解。解析解以代數(shù)表達式的形式給出狀態(tài)方程的解，對于實際應用，代入具體數(shù)值即可。更為重要的是，從解析解表達式可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行的規(guī)律性。

式是一個典型的時變系統(tǒng)，如果以占空比D作為一個輸人變量，該變量與另一個輸入變量存在乘積項，因此該系統(tǒng)還是非線性的。對于非線性時變系統(tǒng)，解析解的獲得是非常困難的，因此需要通過一系列的簡化，將方程簡化為線性定常的，然后才能得到解析解。