全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)中的高性能開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　為了建設(shè)低碳可持續(xù)型社會(huì)，人們對(duì)環(huán)保節(jié)能低耗綠色能源提出了更高的要求。隨著各種功率開(kāi)關(guān)元件的研制、應(yīng)用，隨著各種類型專用集成電路、磁性元件、高頻電容研制成功，應(yīng)用功率電子學(xué)技術(shù)理論研究不斷深化，功率變換器拓?fù)浼捌鋵?duì)偶理論日益完善。如今開(kāi)關(guān)電源的工作頻率從20KHz 提高到500KHz 甚至到1MHz ,功率也從最初的幾瓦、幾十瓦提高到了幾千瓦、幾十千瓦甚至更高，效率可以達(dá)到90%以上。完全適應(yīng)當(dāng)今高效率、小型輕型化、低功耗的技術(shù)要求，從而取代了笨重的工頻變壓器。在現(xiàn)階段各種輸入輸出設(shè)備有90%以上都采用開(kāi)關(guān)電源方式供電，只有少數(shù)音響功放為了追求更高的音質(zhì)而采用環(huán)形變壓器供電方式。開(kāi)關(guān)電源是實(shí)現(xiàn)綠色能源的重要手段，也是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間綠色能源發(fā)展方向。

　　全固態(tài)發(fā)射機(jī)，除了信號(hào)指標(biāo)的提升外，體小量輕、高效低耗、積木式結(jié)構(gòu)維護(hù)簡(jiǎn)單是它的顯著優(yōu)點(diǎn)，其供電方式采用六只26V/100A 開(kāi)關(guān)電源分別為六路末級(jí)功放供電。開(kāi)關(guān)電源是整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的能量保障，本文介紹開(kāi)關(guān)電源分類、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及維修方法等。

　　一、開(kāi)關(guān)電源按照控制原理可以分為四類

　　1、脈沖寬度調(diào)制（簡(jiǎn)稱PWM、即脈寬調(diào)制）式：工作方式為開(kāi)關(guān)周期為恒定值，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)改變占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。

　　2、脈沖頻率調(diào)制（簡(jiǎn)稱PFM, 即脈頻調(diào)制）式：工作方式為脈沖寬度為恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)改變占空比。

　　3、脈沖密度調(diào)制（簡(jiǎn)稱PDM,即調(diào)密制）式：其特點(diǎn)工作方式是脈沖寬度為恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。這種調(diào)制方式需采用零電壓技術(shù)，能顯著降低功率開(kāi)關(guān)管的功耗。

　　4、混合調(diào)制式（即脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制兩種方式相結(jié)合）開(kāi)關(guān)周期和脈沖寬度都不固定，均可調(diào)節(jié)。

　　以上四種方式統(tǒng)稱為"時(shí)間比率調(diào)制"（即TRC 方式）。其中脈沖寬度調(diào)制方式技術(shù)最為成熟， 應(yīng)用也最為廣泛。如早期產(chǎn)品CW1525A、1527A, 近期產(chǎn)品T494、UC3842 等均為脈沖寬度調(diào)制。

　　二、開(kāi)關(guān)電源的工作原理及其性能

　　以上四種調(diào)制方式以脈沖調(diào)寬開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用中最為廣泛?；緲?gòu)成如圖1- 1 所示，主要由以下6 部分組成。

　　接入交流電網(wǎng)（50Hz ,220V AC 或者115VAC）經(jīng)EMI 防電磁干擾電源線濾波器，直接整流濾波變成直流， 再經(jīng)變換器將直流電壓（275V 或172V） 變換為數(shù)十KHz 或數(shù)百KHz的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓控制功率開(kāi)關(guān)管，經(jīng)高頻率變壓器隔離、降壓（或升壓），再經(jīng)高頻整流濾波后輸出直流電壓，經(jīng)取樣、比較、放大控制PWM 調(diào)制器驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管的占空比。從而可以得到穩(wěn)定的輸出電壓。

　　通過(guò)以上介紹我們基本了解了開(kāi)關(guān)電源的分類及其脈沖寬度調(diào)制類型的基本構(gòu)成。但在實(shí)際運(yùn)用中，PWM 制式開(kāi)關(guān)電源有兩種控制類型，一種是電壓控制方式，一種是電流控制方式。電流控制方式開(kāi)關(guān)電源是在電壓控制環(huán)路基礎(chǔ)上又增加電流控制環(huán)路?；驹砣鐖D1- 2（a , b）所示：

　　通過(guò)接入源極， 反饋電阻Rs 去控制電流檢測(cè)比較器。Us 為電流檢測(cè)電阻壓降， 此時(shí)PWM 比較器為電流檢測(cè)比較器。電流控制型通過(guò)檢測(cè)電阻來(lái)檢測(cè)電流，并且可逐個(gè)周期的限制電流，便于實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。固定頻率的時(shí)鐘脈沖將PWM 鎖存器置位，從Q 端輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，使功率開(kāi)關(guān)管VT 導(dǎo)通，高頻變壓器一側(cè)電流線性地增大。當(dāng)電流檢測(cè)電阻Rs 上的壓降達(dá)到并超過(guò)Us 時(shí)，電流檢測(cè)比較器翻轉(zhuǎn)，輸出的高電平將鎖存器復(fù)位。從Q端輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，令開(kāi)關(guān)管關(guān)斷直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖使PWM 所存器置位。電流控制型開(kāi)關(guān)電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?） 它屬于雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)由電壓反饋電路構(gòu)成，內(nèi)環(huán)由電流反饋組成，并且電流反饋電路受電壓反饋的控制。與純電壓反饋電路相比，電流反饋電路的增益帶寬更大。

　?。?） 對(duì)輸入電壓瞬時(shí)變化的響應(yīng)速度快，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)能迅速調(diào)整輸出電壓以達(dá)到穩(wěn)定值。這是因?yàn)檩斎腚妷旱淖兓瘯?huì)導(dǎo)致高頻變壓器一側(cè)電感電流發(fā)生變化，進(jìn)而使Us 改變，無(wú)須經(jīng)過(guò)誤差放大器，直接通過(guò)電流檢測(cè)比較器就能改變輸出脈沖的占空比。

　?。?） 電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)雙重控制下，可提高電壓調(diào)節(jié)技術(shù)指標(biāo)。簡(jiǎn)化誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。

　?。?） 只要電流保護(hù)設(shè)定閥值，PWM 電流比較器就會(huì)動(dòng)作，使功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，維持輸出電壓穩(wěn)定。電流控制型本身帶有限電流保護(hù)， 只需改變Rs 值，即可精確設(shè)定限電流閥值。

　　此電流控制型電路也存在許多不足的地方：如電路較電壓控制型復(fù)雜，給電路問(wèn)題分析帶來(lái)了困難。當(dāng)占空比超過(guò)50%時(shí)，高頻變壓器一側(cè)電感工作在連續(xù)儲(chǔ)能模式，開(kāi)關(guān)電流信號(hào)的上升斜率較小，可能造成控制電路工作不穩(wěn)定，需加斜率補(bǔ)償。對(duì)噪聲抑制能力較差，只要在電流信號(hào)上疊加較小噪聲，就容易導(dǎo)致PWM 控制器誤動(dòng)作，需增加噪聲抑制電路等。