无电解电容开关电源的研究和开发+文献综述(10)
控制电路:选用电压-频率转换器（V-f转换器）作为控制电路，具体工作原理和设计方法将在第五章展开讨论，用于采样整流桥后的正弦全波来控制无损耗电阻的阻值变化已保证无损耗电阻阻值变化波形的相位与流过整流桥的电的电压相位相同。
检测和保护电路：欠压保护，输入过电压保护，MOSFET的过载，过热等保护电路。
3.3无电解电容开关电源的恒流设计
图3.4 恒流控制系统框图
无电解电容开关电源的恒流控制系统是一种闭环定值控制系统，其结构框图如图3.4所示，它的工作原理是：
当输出电流值低于给定值时，电流反馈环节将实际输出电流值送达调节器的输入端于内与给定电流值进行比较。当实际输出电流值小于给定电流值时，出现负偏差，随着输出电流值的减小，负偏差逐渐增大。那么，调节器的输出会减小，从而致使无损耗电阻器的阻值降低。控制结果使输出电流增大。在调节器积分的作用下，输出电流值最终将逐渐回到给定电流值。
当输出电流值高于给定值是，出现正偏差。那么，调节器输出增加，信号作用到无损耗电阻器，使无损耗电阻器阻值升高，使输出电流值降低，在调节器积分作用下，输出电流值最终将逐渐回到给定电流值。
图3.5 无损耗电阻系统内部结构框图
由图3.5可知，无电解电容开关电源恒流控制系统中的无损耗电阻系统其自身是一种程序控制系统。该系统的给定电压值与时间存在函数关系，给定电压值是采样整流桥后的正弦全波电压，它经过电压-频率变换器后，转为频率，再通过4LR来控制无损耗电阻器的阻值的大小变化。
该系统的输入电压vi1的传递函数为：
v(s)=∫_0^(+∞)▒〖|sin〖(t)〗 | e^(-st) dt=〗 (πs⁄2)/(s^2+1) （3-3）
在整个无电解电容开关电源的恒流控制系统，先由整流桥后的正弦全波电压来决定无损耗电阻系统的阻值大小，然后经过电流反馈和调节器来达到微调无损耗电阻器系统的阻值，从而实现恒定的电流输出。
3.4纹波产生的原因和抑制的方法
3.4.1 纹波产生原因分析
纹波是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上交流分量。开关电源的纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。通常开关电源把电网提供的交流电经过整流滤波转变为直流电，开关管的高速开通和关断，就会引起输出电压的波动，在输出回路中的快恢复二极管和电感也会引起输出电压的波动。这些高频低频的波动总和就形成了输出的纹波，包括电压纹波和电流纹波[11]。
开关电源的纹波主要来源于五个方面：低频纹波、高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声等。无电解电容开关电源中，金氧半场效晶体（MOSFET）管开通关断所产生的纹波是主要原因之一。当开关管开通关断时都会有一个上升时间和下降时间，这时就会在电路中引起一个同频率的噪声。输出回路上的电感也会随着充电放电产生一个噪声，同时也会有漏感产生［2-4］。
波纹的强弱可以由波纹系数r来表示：
r=[∆V⁄(V_out]×100%) （3-4）
式(3-1)中，ΔV为纹波电压的峰峰值，Vout为输出直流电压。
3.4.2 纹波抑制方法
LC低通滤波电路，又称倒L型低通滤波电路是一种复式滤波电路。它在负载电流较大或较小时均由较佳的滤波特性，对负载的适应性较强。因此，选用LC滤波电路作为输出滤波器，以抑制无电解电容开关电源的波纹电压和电流。