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(gòu)成了一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其典型的結(jié)構(gòu)見圖?？刂齐娐返脑O(shè)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(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)。它給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(shè)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(guān)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(guān)電路模型，它們分別是理想開關(guān)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(guān)模型

實際開關(guān)電路中的開關(guān)器件并非理想，其開通和關(guān)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(guān)是理想的，即：

①開通和關(guān)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(guān)模型。圖所示即為圖42的理想開關(guān)模型。值得注意的是，此處所指開關(guān)不僅包含MOSFET、IGBT等全控型開關(guān)器件，還包括二極管。電路的拓撲結(jié)構(gòu)隨著開關(guān)的通與斷而變化其電路方程也是隨著開關(guān)的通與斷而變化的，因此理想開關(guān)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(guān)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(jié)果也與實際情況較為吻合。但理想開關(guān)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(guān)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(jié)果，因此，還需要對理想開關(guān)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。