PWM开关电源的设计.doc

《PWM开关电源设计》

学生姓名：薛磊

学号：20101105182

专业班级：工程3班

指导教师：杨帆

2013年12月1日

目前，开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主的各种终端设备和通信设备中，是当今电子信息产业飞速开展不可缺少的一种电源方式。与之相应，在微电子技术开展的带动下DSP芯片的开展日新月异，功能日益强大，性价比不断上升，开发手段不断改良，其处理速度比CPU倍，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，可用于先进的机载电源中，也是开关电源今后的开展趋势。同时DSP芯片的高速处理能力和丰富的外围设备，非常适合于实时数字信号处理,为开关电源采用全数字控制提供了可行性方案。设计了一种基于TMS320LF2407DSP芯片的开关电源，重点介绍TMS320LF2407在开关电源控制电路中的功能与实现。

一、PWM型开关电源原理

PWM型开关电源结构框图如下列图1所示，开关电源电路是由开关管〔调整管)、变换器、取样电路、比拟放大电路、基准电源和鼓励器组成的控制环路及保护电路组成，市电信号经过输入滤波和整流滤波后实现AC/DC转换将电网交流电直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换；再经过逆变器后实现DC/AC转换，将整流后的直流电变为交流电，这是PWM型开关电源实现PWM控制的核心局部，其频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。最后再通过输出整流与滤波，根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

图1PWM型开关电源的结构框图

图2开关电源控制原理图

二、PWM控制原理

开关电源控制原理图如图2所示。图中，开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E可通过开关K和滤波电路提供应负载RL为负载提供能量；为使负载能得到连续的能量，开关稳电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时向负载释放[1]。图3中，由电感L和电容C2和二极管D组成的电路就具有这种功能。电感L和电容C2用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L和C2中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量。因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。AB间的电压平均值EAB可表示为：

EAB=TON/T×E(1)

式中，TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。由式(1)可知，开关接通时间和工作周期的比例改变，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例，便能使输出电压Vo维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”〔TimeRatioControl，缩写为TRC)[2]。这里按照TRC原理选择了开关周期T恒定，通过改变脉冲宽度TON来改变占空比，这种方式称为脉宽调制方式(PWM)，用来实现对电压幅值频率的控制。

图3三角波的规那么调制采样法

SPWM(SinusoidalPWM)法是一种比拟成熟的、目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果根本相同。以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比拟，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法，其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，如图3所示，每个脉冲的中点都以相应的三角波的中点对称，在三角载波的负峰时刻TD对正弦波采样得到D点，过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点，在A点时刻tA和B点时刻tB控制功率器件的通断。可见AB长度即为脉冲宽度，由图3可得如下关系式：

AB=TC(1+sinwctD)/2(2)

根据这一关系式可知，如果一个周期内有N个矩形波，那么第I个矩形波的占空比为：

Dt=0.5+0.5sin(I×2π/N)(3)

三、DSP在开关电源控制电路中的应用

从20世纪60年代开关电源出现开始,开关电源经历了由高频到更高频,由模拟控制到数字控制的过程。在20世纪90年代,出现了基于单片机的数字式高频电源,但是因为单片机的字长和计算能力的关系,它计算出来的脉宽不够精确,使控制环精度受到限制,无法满足应用要求。近年来，TI、MO-TORO