电源适配器控制系统的原理

电源适配器中，普遍采用负反馈控制，使其输出电压或电流保持稳定，并达到一定的稳压或稳流精度。因此电源适配器的主电路及反馈控制电路构成了一个闭环自动控制系统，其典型的结构见图。控制电路的设计就是围绕这一闭环自动控制系统展开的。

为了能进行电源适配器电压、电流自动控制系统的设计，必须首先对这一系统的原理有比较深入的认识，电源适配器公司在本文重点阐述这一问题。

开关电路的建模

对一个现实世界的系统认识总是从建立其数学模型开始的。客观事物本质上是复杂的，而建模的过程就是忽略其次要的因素，探寻其主要规律的过程。随着对事物认识的层次的不同，模型的抽象程度也相应改变。

图所示即为品字尾电源适配器控制系统的典型结构。它给出了系统的结构和组成环节，可以用于对系统进行定性的研究。而要进行系统设计，这一模型就显得不够详细，必须对其中的每个环节分别建立明确的数学描述，即给出它们的传递函数。

根据《自动控制原理》、《电路》和《电子学》的知识，系统中很多环节的传递函数都可以比较容易得到，而较困难的是主电路的建模。根据对开关电路的理想化方法和抽象程度，可以建立3个不同层次的开关电路模型，它们分别是理想开关模型、状态空间平均模型和小信号模型。以图42所示典型的降压型电路为例，下面将详细阐述这3种不同的建模方法。

理想英规电源适配器开关模型

实际开关电路中的开关器件并非理想，其开通和关断都需要经过一定的过程和时间，通态存在压降，断态有漏电流。但这些非理想因素对控制系统的特性影响不大，因此在建模时，可以忽略这些非理想因素，认为开关是理想的，即：

①开通和关断过程的时间为零，

②通态压降为零，

③断态漏电流为零。

这样得到的模型即为理想开关模型。图所示即为图42的理想开关模型。值得注意的是，此处所指开关不仅包含MOSFET、IGBT等全控型开关器件，还包括二极管。电路的拓扑结构随着开关的通与断而变化其电路方程也是随着开关的通与断而变化的，因此理想开关模型是时变的。图中电路的状态方程可以写成下式所示的形式：

理想开关模型与实际的电路很接近，利用这一模型进行分析得到的结果也与实际情况最为吻合。但理想开关模型是时变的，获得其解析解比较困难，因此通常用数值的方法来求解。

采用计算机数值计算软件对图所示电路的理想开关模型输出电压和电感电流阶跃响应的数值解见图。

数值方法总是针对一个特定的问题进行求解的，无法获得对一类控制系统具有普遍意义的结果，因此，还需要对理想开关模型进行改进，消除其时变性，从而获得解析解。解析解以代数表达式的形式给出状态方程的解，对于实际应用，代入具体数值即可。更为重要的是，从解析解表达式可以发现系统运行的规律性。

式是一个典型的时变系统，如果以占空比D作为一个输人变量，该变量与另一个输入变量存在乘积项，因此该系统还是非线性的。对于非线性时变系统，解析解的获得是非常困难的，因此需要通过一系列的简化，将方程简化为线性定常的，然后才能得到解析解。