低功耗电流模式开关电源电路的探讨

【摘 要】本文主要介绍了开关电源控制的相关理论，对低功耗电流模式的电路进行分析，探讨低功耗电流模式开关电源电路的主要子模块，以充分利用电力电子技术，促进开关电源技术的发展，从而满足人们对电力电子设备提出的新要求，保障人们的生活质量。

【关键词】低功耗；电流模式；开关电源；电路

随着我国经济的不断增长，大力推动了科学技术的改革和创新，而电力电子技术也随之飞速发展。二十一世纪，是一个新的时代，其更加电子化。社会的发展和人们的生活越来越离不开电子技术，无论在工作、学习还是娱乐中，电子系统被广泛应用，与人们的生活密切相关，不可分割。人们所使用的任何电子设备都需要有可靠的开关电源来支持，因而，对开关电源的研究十分有必要。开关电源的发展在上世纪八十年代中有所成效，于计算机电源中全面实现，在上世纪九十年代中蓬勃发展，几乎所有的电子电器设备、通信设备或是控制检测设备，都采用了开关电源。开关电源是现代电力电子技术的体现，其能利用此技术来有效地控制开通时间和关闭时间的比例。能保证电压的稳定输出，是一种低功耗的电流模式。

1.开关电源控制的相关理论

开关电源是由变压器和PWM控制器、功率开关管和反馈电路组成的。其在不断地发展过程中，已有所成就和突破，优于线性电源。现阶段的开关电源所输出的电压具有高精度，其在开通和关闭之间的转换更为灵活，效率更高，其性能稳定、安全可靠。开关电源最大的优点在于其无需大体积的变压器，变压器在开关电源的工作中只需要50KHz至1MHz之间的高频，不再是过去的低频工作状态。变压器体积的缩小，减轻了电子系统的重量，体现了电源电路的小型化发展。在这个提倡环境保护，无污染绿色产品的新时期下，开关电源的发展，不仅要朝着集成化方向发展，更需要实现绿色化，以减少电源对环境造成的污染。

开关电源主要分为DC/DC变换和AC/DC变换，其中DC/DC变换器的生产技术已十分成熟，具有规范性，已经逐步实现模块化，被广大用户所接受，而AC/DC变换器在模块化上还有所欠缺，其在生产技术上较为复杂。

在电子设备中，电源是其不可或缺的重要部分。电源性能的稳定性对电子设备使用的安全性具有巨大的影响。而开关电源则能有效地节约电能，稳定电压，是电源发展的新趋势。

开关电源的控制方式主要有三种，分别是脉宽调制方式、脉冲频率调制方式和混合调制方式。脉宽调制方式能长期保持一种开关频率，利用调节脉冲的宽度，来改变其所占空间的比例。一般而言，集成开关电源大部分都是采用的脉宽调制方式；脉冲频率调制方式，是保持一定的脉冲宽度，利用对开关频率的转变，来改变其所占空间比例；混合调制方式，是将脉宽调制方式和脉冲频率调制方式的结合体，既不固定开关频率，也不固定脉冲宽度，其对占空比的调节最为宽泛。这种控制方式通常运用于试验室中。

2.低功耗电流模式的电路

2.1低功耗电流模式的电路工作原理

低功耗电流模式的电路在加电时，其外部的金属氧化物半导体场效应管处于关闭状态，只有HV端有直流电压流过，变压器是无电流的。在这种时候，芯片内部的高压电流，会利用Vcc端为电容供电，并且内部电路将会启动，开始工作。在Vcc端的电压不小于或是等于9.8V的时候，会促使振荡器进行工作，以传输矩形波；在Vcc端的电压超过11.4V的时候，电流源则会关闭。随着电路工作的顺利开展，在脉冲宽度调制信号的控制下，横向扩散金属氧化物半导体管将会开启或是关闭，使得电流流过变压器的线圈，光耦随之工作。光耦传递于FB端的电流会随着外部功率需求的减小而减小，其是以电压的形式输送于内部比较器中的反向断，当比较器在输送高电平时，使得触发器复位，则会导致功率开关管的关闭，以减少输出的电能，实现低功耗。

2.2低功耗电流模式的内部电路模块

低功耗电流模式的内部电路主要包含了基准源电路、振荡器电路、电压调节器电路和过温保护电路等。其内部电路的结构较为复杂。在内部电路中，基准源电路具有十分重要的地位，其是整个电源的参考标准，因而，基准源电路必须具有高度的稳定性。最为理想的基准源电路不会被电源和温度所影响，能为电路提供更为稳定的电压。在当下，能隙基准电压被广泛使用，其具有低功耗、稳定性好的特点；振荡器则会在工作中，输送出带有频率的震荡波形，尤其是锯齿波形；电压调节器有利于保证用电设备的恒定电压。在内部电压中，能隙基准电压源和芯片内部模拟电路所产生的电压不尽相同，基准电压源通常只可提供一个稳定电平，无法满足电子系统对大功率的需求。对此，就需要使用电压调节器来实现电平间的转换，使其具备驱动能力；过温保护电路，则是为了防止电子系统因电路过热而受到损害。若电路工作的温度达到所设置的标准温度时，过温保护电路则会关闭所有电路，直至电路温度下降于标准范围内。此后，电路便会重新工作。

3.低功耗电流模式开关电源电路的主要子模块

3.1基准电压源的设计

随着时间的推移，基准电压源的设计已有所成效，尤其是能隙基准电压源的产生，解决了许多问题，符合现代电子技术的要求。能隙基准电压源突破了传统的温度一阶补偿，提出一种现代化的温度系数高阶补偿，以保障其温度的稳定性。在研究基准电压源的温度特性时，我们可充分利用微电子技术，对其温度进行详细分析，通常将仿真的温度范围制定于零下四是摄氏度至100摄氏度。据实验证明，在这个温度范围内，能隙基准电压源可维持长期的稳定性，符合基准源电压的设计要求。

3.2振荡器电路的设计

振荡器是一种输送出带有频率的信号的电路，主要分为非调谐振荡器和调谐振荡器。其中非调谐振荡器所输送出的是三角波和方形波，而调谐振荡器所输送出的是正弦波。我们可以利用HSPICE来仿真振荡器的电路，以绘制出其仿真波形图。经实验可发现，振荡器的电压十分稳定，能够满足设计的要求。

3.3电压调节器电路设计

在对电压调节器的电路进行设计时，可采用普通两级运放的结构。在电路的输入部分可采用差分形式，以提高整个电路的工作效益，尽可能减少电路工作中所产生的噪音；在第二级中，则可应用反相器结构，由其来继续差分输入级未完成的转换任务。除此之外，在设计过程中，还要采用合理的补偿方式，以保障电路的稳定性。目前，最为先进的补偿方法便是Milloer补偿技术，其能实现运放频率特性的有效转变。

4.结束语

随着时代的进步，科学技术的日新月异，开关电源的发展也蒸蒸日上，市场对开关电源的发展提出了新的要求。为提高市场竞争力，迎接高难度的挑战，开关电源必须寻找出新的发展方向，以满足社会各领域对开关电源的需求。开关电源需要具备高频、低功耗的特点，要具有高度的可靠性，符合环保要求，实现开关电源的绿色化。便捷式的电子设备逐渐增对，其需要更为高效的职能电源控制芯片来有效地控制开关电源，以实现电源管理芯片的智能化。因此，对于低功耗电流模式开关电源电路的探讨，已成为我国电力电子技术发展中的重要研究课题。 [科]

【参考文献】

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[4]高莹，王天宏，刘聪等.一种新型高效率开关电源电路拓扑分析[C].中国电源学会第十九届学术年会论文集，2011.

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