基于磁放大器的大电流多输出开关稳压电源的研究

所处的中频段的斜率必须是－20dB/dec；二是截止频率

所处的中频段要有足够宽的频率范围。一般截止频率

为工作频率的1/4或1/5。此设计中工作频率为100kHz，截止频率

为20kHz。

5.1　输出LC滤波器

　　输出LC滤波器的等效电路如图5所示：

图5　LC滤波器等效电路
　　图5中的Resr是电容的等效串联电阻，此处的电容值为1000uF，等效串联电阻为0.12#8486;。则LC滤波器的增益曲线如图6所示。

图6　LC滤波器的增益曲线
　　其中：
　　　　

　　　　

式中，

　　从上面等效电路可知，LC输出滤波器的传递函数为：

　　　　　　　(7)
　　所以LC滤波器在截止频率

处的增益：

5.2　控制复位电流模块

　　控制复位电流模块的增益

：

　　由于输出电压为5V，式中取

＝11V。

5.3 采样网络

　　对于UC3838A控制模块，其误差放大器所能容忍的参考电压为2.5V，而输出电压是5V，使采样电阻R5=R6 , 所以采样网络的增益

＝-6dB,因此

=-1.5 dB。
　　在截止

处，LC滤波器增益与控制复位电流模块增益和采样网络增益相加为：

　　所以整个

的增益曲线如图7中所示：

图7、整个系统的开环增益曲线

5.4　PI调节器

　　通过前面的计算、分析可知

在截止频率

处的增益不等于零，因此若不加校正器环节该系统不稳定。为了该系统稳定，我们使用由误差放大器所构成的PI调节器。由于本文中所用的电解电容不是零等效串联电阻的电容（即Resr≠0），故所用误差放大器可采用的二阶误差放大器。其等效电路如图8所示：

图8、二阶误差放大器原理图
　　该二阶误差放大器的传递函数为:

　　通常，C6C4　固有：

　 (8)
　　其增益曲线如图7中所示。由于

在截止频率

处的增益是－27.2dB，欲使整个开环系统在截止频率

处的增益为零，因此误差放大器在截止频率

处的增益必须为27.2dB。
　　由：

　　可得：K=22.9
　　由式（8）可知：

　　式中：取R14=100K#8486;
　　故：

＝0.0437
　　PI调节器的增益曲线如图7所示，本设计中必须注意PI调节器增益曲线中两个转折频率的设计，因为欲使系统稳定，截止频率所处的中频段必须有一定的宽度，

设置过低，输出电压的纹波将会偏大，而如果

的设置如果过高，则噪音电压尖峰将会通过LC滤波器到达输出电压。为了使系统具有较大的稳定裕量，又能使输出电压的纹波和噪音电压峰值限制在规定的范围之内，一般情况下使

，S的值一般取4，因此这里

＝20/4＝5kHz，

=20×4=80kHz。在此取R10=775#8486;。
　　根据：

　　有　　

　　同理：

　　满足：

5.5 整个系统开环增益分析

　　将曲线

与PI调节器的增益曲线相叠加,得到整个系统的增益曲线如图7中ABCDE折线所示，从图中可以看出开环截止频率

所处的中频段的斜率为-20dB/dec,而且保证了中频段有足够的宽度。因此该闭环系统稳定。

6 计算机仿真

　　通过上面的分析与计算，以及给定的各个元件的参数，进行计算机仿真，其仿真波形如图9所示。从仿真波形中可以看出：输出电压能够满足设计的需要。并且在实验室与实际生产中验证：该开关电源的效率可达85％，稳压精度高达98.5％。

图9 ：

仿真波形

7　结束语与应用前景

　　对于大电流多组输出的开关稳压电源，用传统的电压负反馈不能解决辅助输出电压的稳定，本文中采用了磁放大器后相校正的方式解决了其输出电压的稳定，而且磁放大器后相校正方式具有的价格便宜、绕制方式简单、控制芯片的外围电路简单和闭环易于控制的优点，且利于推广应用。本文所设计的新型大电流多输出开关稳压电源已在深圳一家公司得到了应用，使用效果良好。

参考文献

[1] 吕厚余，自动控制原理,重庆大学出版社，1998
[2] 张惠,冯英.电源大全[Ｍ].成都:西南交通大学出版社,1993
[3] Pressman, Switching power supply design, Electrical Engineering series, Second Edition