[发明专利]高效率线性电源大闭环反馈系统的稳定性

说明书

所属技术领域

高效率线性电源是一种新型线性电源，其精髓是最大限度地提升线性电源的效率，而效率的提升则由大闭环反馈系统来实现，因核心部件《电源调整管》工作在动态极限状态，稍有问题即会使系统崩溃，故系统的稳定性非常重要，该技术属电源电子技术领域。

背景技术

当今直流稳压电源两大体系——线性电源和开关电源。开关电源具有很高的效率，但由于开关管工作在饱和与截止状态，有很多难以确定的因素，所以其它技术指标，特别是纹波方面都远低于线性电源。线性直流稳压电源的电源调整管工作在线性区，很多技术指标都可以精确计算和确定，但调整管要承受很大的功率损耗，因此效率很低。迄今为止，开关电源高效率、低指标和线性电源高指标、低效率数十年来长期为人们公认。

新型高效率线性电源可以做到高效率和高指标并存，它的问世将改变这个论断。

但作为应用极其广泛的新电子技术产品，有很多问题需要解决，其中一个重要的技术问题是《系统的稳定性》。

发明内容

本发明技术从理论和实践两个方面定性和定量认证高效率线性电源按图1所示的大闭环反馈控制系统可以在任何环境变化下稳定地工作。首先定性了解高效率线性电源反馈的工作过程：

在《电源调整管》的输入和输出端取出采样电压，分别送到《压差比较设定》的同相和反相输入端作减法运算，将运算出的差值电压和设定压差比较后，将误差电压送到《压差控制》进行量值转换，经《线性光耦》隔离后的反馈信号对高压隔离开关电源的输出电压进行控制，当电源调整管的输出电压改变时，电源调整管的输入电压作相应改变，即直流稳定电源的输出电压和输出电流在额定范围内作任何改变，电源调整管输出输入两端的压差始终精确控制在预先设定的压差，其功率消耗限制到最低，从而使线性电源的效率得到最大限度的提升。例如设：输出电压V。↑，则《压差比较设定》输出电压↓。《压差控制》输出电压↓，《线性光耦》输出电流↓，《开关电源》的输出脉冲宽度↑，变压器B1输出电压Vi↑，以此达到电源调整管输入输出压差不变，反之亦然。确保上述自动控制能完成有两点：1.开关电源能够全程功率调节，2.电源调整管输出输入两端的压差在任何情况都必须大于其饱和压降，即：

        Vi-V。＞VCES

如果高效率线性电源不能满足前者条件，则在全输出功率范围内效率有一定影响，而后者即使是瞬间条件不能满足，系统就会失控，甚至导致崩溃。但压差也不能设得过大，否则会降低产品的整机效率。下面分析如何方便而正确地确定Vi-V。的数值：

参见图1和图3，图3是电源调整管输出输入两端的直流电压随时间变化的理想曲线，该图纵座标为定量的电压，每条横线为0.1V，横座标为时间，定性表示电压的变化。这里的理想曲线的含意是：1.滤波电容Cc、Ci、Co根据电源的最大输出电流正确选取，因为电容上的电压是按dv/dt的规律变化而不能跳变，理论上电容量越大越好，但需要考虑成本因素合理选取。推荐选取的标准为：设高频开关电源的工作频率为100KHz，则每输出1A电流，Co为1000UF，Ci为100UF，Cc为100UF，各电容最好用1/2容量的两个并联，Ci和Cc采用高频电解电容。2.各电容上没有叠加噪扰电压。从图3的曲线图上可以看到：Vi的峰-峰值电压约140mV，Vc的峰-峰值电压约560mV(该值为高效率线性电源在输出3A电流时的实测数据)，因此，从最大限度地提升效率考虑，电源调整管的输入端不可接Vc，只能接Vi。现今一般大功率晶体管(特别是一些频率不高而价格很低的大功率开关管)和大电流低压差线性电源模块当最大输出电流为其额定电流的1/2时，饱和压降V_CES都能小于0.5V(具体使用需对这些器件进行测试)，以上是一些静态参数，动态参数还有：1。各电容选取的质量差异；2。非瞬态发生的电压叠加于上述电压之上(这些电压有：负载突变、滤波电解电容偶尔出现的性能不稳定、剧烈的干扰电压、其它不可知因素)；3。大闭环反馈过程和动作的时间。问题1。和2。不是普遍现象影响也不大，可以用留出压差余量解决，问题3。影响到系统的可靠运行故需要确定性的对待。基于两个原因，两次反馈的间隔时间不能太短，1。反馈不能对高频开关电源的工作产生任何影响；2。相对而言，各滤波电容上的直流电压是按dv/dt的规律缓慢变化的，反馈慢一点对整机效率没有多大影响，只需把压差余量多留一点而已，因此，将两次反馈的周期定为开关电源振荡周期的十倍以上，对以上两个问题没有影响。对反馈周期能起定量作用的器件由图2中的C14确定。