【摘要】开关电源具有效率高、体积小、重量轻等显著特点。在世界各国都有广泛的应用，特别是对大容量高频开关电源的研究和开发已成为当今电力电子学的主要研究领域，并派生了很多新的研究方向。针对宽输入，多路输出的设计要求，研制一种高性能、大功率直流开关电源，设计基于电流控制型PWM控制芯片SG1524B的组合式开关电源并在Pspice上進行仿真验证。
【关键词】电流脉宽调制;PWM;Pspice
1.概述
电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性，电子设备故障60%来自电源，开关稳压电源的调整工作在开关状态，主要优越性是高达70%-95%变换效率。
目前，空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的稳压电源已逐步被开关电源取代。开关稳压电源的优越性主要表现在：功耗小，稳压范围宽，体积小、重量轻[1] [2]。
传统的线性电源具有稳压性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但工频变压器体积庞大，调整管工作于线性放大状态，导致电源功耗大、效率低、发热严重。开关电源采用功率管作为开关器件，工作于开关状态，损耗小;工作频率在几十到上百千赫兹，滤波电容、电感的数值较小。线性稳压电源允许电网波动范围为220v×（1±10%）， 对电网的适应能力很强。另外，由于功耗小、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性[3]。
2.系统整体概述
开关电源可分成：机箱（或机壳）、电源主电路、电源控制电路三部分。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用;电源主电路负责进行功率转换，通过适当控制电路将市电转换为所需的直流输出电压;控制电路根据实际需要产生主电路所需的控制脉冲及提供保护。开关电源的结构框图如图1所示：
图1 开关电源的结构框图
电源主电路通过输入整流滤波、DC-DC变换、输出整流滤波将市电转为所需的直流电压。开关电源主回路可以分为：输入整流滤波回路、功率开关桥、输出整流滤波三部分。输入整流滤波回路通过整流模块将交流电变换成含有脉动成分的直流电，通过输入滤波电容使脉动直流电变为较平滑的直流电;功率开关桥将滤波所得直流电变换为高频方波电压，通过高频变压器传送至输出侧。由输出整流滤波回路将高频方波电压滤波为所需直流电压或电流。
控制电路为主回路提供正常功率变换所需的触发脉冲。具有以下功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、辅助电源电路[4] [5]。
3.软开关技术
软开关技术指零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。图4所示为功率开关管在软开关及硬开关下的波形：
图2 软开关理想波形和硬开关波形
软开关包括软开通和软关断。软开通包括零电流开通及零电压开通，软关断包括零电流关断及零电压关断，可按照驱动信号时序来判断。
零电流关断：关断命令在t2时刻或其后给出，开关器件端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。
电压关断：关断命令在t1时刻给出，开关器件电流由通态值下降到断态值后，端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。在t2前，开关器件端电压必须维持在通态值（约等于零）。
零电压开通：开通命令在t2时刻或其后给出，开关器件电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2前，开关器件端电压必须下降到通态值（约等于零），电流上升到通态值以前维持在零。
零电流开通：开通命令在t1时刻给出，开关器件端电压由断态值下降到通态值以后，电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2以前开关器件电流必须维持在断态值（约等于零）[6] [7]。
图3 电源控制电路框图
4.控制电路
根据电路功能将控制电路分为几部分：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、软启动电路、保护电路、辅助电源电路等[8]，控制电路如图3所示。
脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路及软启动电路等提供的控制信号产生所需脉冲信号，该脉冲信号经过触发电路的放大驱动开关元件，使开关管导通或关断。
控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，需要选择合适的驱动电路。驱动电路将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大及电压调整驱动大功率开关管，脉冲幅度以及波形关系到开关管的开关过程，直接影响损耗，需合理设计驱动电路，实现开关管最佳开通与关断[9][10]。
5.系统仿真
5.1 总电路设计
利用理想电源代替振荡器，通过设置时钟周期给定振荡频率，仿真时控制震荡频率外接定时电阻和电容的6、7脚均可不接。简化输出电路，利用两个晶体管模拟输出级，关闭控制端用数字激励驱动，内部逻辑利用数字仿真器进行仿真。电路参数选择和设计时，应考虑上述简化对系统的影响[11] [12]。
图4 总电路设计图
5.2 PWM模块
根据PWM产生的原理得到仿真模块，用以产生可调的PWM信号。工频脉冲信号，通过比较器，经积分器产生三角锯齿波，通过比较取符号产生一路脉冲信号，由分频器产生两路互补驱动脉冲，输入调节PWM信号的占空比[13]。
图5 PWM仿真图
6.结论
采用组合式变换器实现多路输出、多种保护。通过Pspice仿真，验证了设计思路的正确，理论性的可实现。
参考文献
[1]丁道宏，陈东伟.电力电子技术应用（第四版）[M].航空工业出版社，2004.
[2]许文龙.胡信国.现代通信电源技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.
[3]李宣江.开关电源的设计与应用[M].西安交通大学出版社，2004.
[4]王水平，史俊杰，田安庆.开关稳压电源设计及实用电路[M].西安电子科技大学出版社，2005.
[5]辛伊波，陈文清.开关电源基础与应用[M].西安电子科技大学出版社，2009.
[6]周志敏.开关电源实用技术[M].人民邮电出版社，2005.
[7]刘胜利.现代高频电源实用技术[M].电子工业出版社，2003.
[8]张占松.高频开关稳压电源[M].广东科技出版社，1993.
[9]赵广林编著.Protel 99 SE电路设计与制作[M].电子工业出版社，2005.
[10]张廷鹏.吴铁军.通信用高频开关电源[M].北京：人民邮电出版社1999.
[11]王水平.付敏江.开关稳压电源[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.
[12]李爱文.现代通信基础开关电源的原理和设计[M].北京：科学出版社，2001.
[13]汪阳.智能高频开关电源的研究[D].武汉大学硕士学位论文，2002.
基金项目：辽宁省科学计划计划项目（项目编号：2012217005）;辽宁省科学事业公益研究基金（项目编号：2012004002）
作者简介：卢晓伟（1987—），女，河北承德人，沈阳理工大学硕士研究生，研究方向：图像信息处理技术。
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