開關(guān)電源的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

你是喜歡花較多時(shí)間坐在電腦前設(shè)計(jì)開關(guān)電源參數(shù),然后僅僅花少量時(shí)間坐在實(shí)驗(yàn)桌前調(diào)試開關(guān)電源?
還是喜歡反之?
相信更多人喜歡前者,我也是如此。
其實(shí)90%的電源設(shè)計(jì)都可以在電腦前完成,而在實(shí)驗(yàn)桌前需要完成的只是僅占10%的電源設(shè)計(jì)。
開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和所有的電子產(chǎn)品一樣,其工程設(shè)計(jì)可分為兩大類:開關(guān)電源的可行設(shè)計(jì);開關(guān)電源的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。  
1. 開關(guān)電源的可行設(shè)計(jì)。根據(jù)開關(guān)電路的基本原理,推導(dǎo)出開關(guān)電源的一些計(jì)算公司,并根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)所的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以對開關(guān)電源進(jìn)行初步設(shè)計(jì),結(jié)合實(shí)際,反復(fù)修正,最后可以得到滿足給定性能指標(biāo)要求的設(shè)計(jì),這個(gè)設(shè)計(jì)是可行的(即按照這個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出的開關(guān)電源可以投入使用),稱為可行設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法(CAD)的引入,可以幫助設(shè)計(jì)師省力省時(shí)地得到可行設(shè)計(jì)結(jié)果。尤其是計(jì)算機(jī)****,可以部分地替代硬件模型實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在****計(jì)算已成為開關(guān)電源現(xiàn)在設(shè)計(jì)不可缺少的手段之一。但是開關(guān)電源可行設(shè)計(jì)畢竟是一種估算與試探結(jié)合的方法,所得結(jié)果不可能是最優(yōu)設(shè)計(jì),所以還必須進(jìn)行開關(guān)電源的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)。  
2. 開關(guān)電源的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。也稱工程優(yōu)化設(shè)計(jì),這是數(shù)學(xué)規(guī)劃方法在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。數(shù)學(xué)規(guī)劃是一種求解函數(shù)極值(即最大值或者最小值,也稱最優(yōu)值)的數(shù)學(xué)方法,按所能求解問題的性質(zhì)(如函數(shù)為線性或非線性,并且求函數(shù)極值時(shí)有線性或非線性約束限制等)可分為線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃等。對于大多數(shù)工程優(yōu)化問題是非線性問題,因此工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方法是非線性規(guī)劃,即將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為求解一個(gè)非線性函數(shù)的極值的問題,并且求解時(shí)還受到一些線性或非線性的約束限制。由于設(shè)計(jì)時(shí)所要確定的最優(yōu)參數(shù)不止一個(gè),因此最優(yōu)設(shè)計(jì)要求求解一個(gè)多變量非線性函數(shù)的極值,并滿足若干個(gè)等式或不等式非線性約束。由此可見,即使只需確定兩個(gè)最優(yōu)參數(shù),也無法用手算求解開關(guān)電源的最優(yōu)設(shè)計(jì)問題。工程設(shè)計(jì)最優(yōu)化問題只能依靠計(jì)算機(jī)求解。因此開關(guān)電源的工程最優(yōu)化方法既是一種數(shù)學(xué)方法,也是一種計(jì)算機(jī)輔助尋優(yōu)方法。應(yīng)用這一方法設(shè)計(jì)開關(guān)電源或其子電路時(shí),要求設(shè)計(jì)者不僅具有數(shù)學(xué)規(guī)劃的知識,也應(yīng)掌握計(jì)算機(jī)程序的編制和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,還應(yīng)當(dāng)熟悉開關(guān)電源的計(jì)算機(jī)仿真方法和程序等。根據(jù)設(shè)計(jì)對象的不同,最優(yōu)設(shè)計(jì)可能是重量最小、體積最小、或轉(zhuǎn)換效率最高、損耗最小,總之是某個(gè)性能指標(biāo)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最好的設(shè)計(jì)。當(dāng)然,它也一定是可行的,所以最優(yōu)設(shè)計(jì)一定是可行設(shè)計(jì),但可行設(shè)計(jì)不一定是最優(yōu)設(shè)計(jì)。  
近幾年來,工程師已將最優(yōu)設(shè)計(jì)方法先后成功的應(yīng)用于單端或橋式PWM開關(guān)電源的主電路,PWM開關(guān)電源控制電路的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),諧振開關(guān)電源的諧振網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等,都取得了一定的經(jīng)驗(yàn),但還有待于進(jìn)一步普及和推廣。  
3. 開關(guān)電源的主要性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)開關(guān)電源主電路應(yīng)滿足的技術(shù)性能指標(biāo)主要有輸出/輸入電壓比(Vo/Vi),輸出功率Po,變換效率,輸出電壓紋波,對輸入電壓Vi的電磁干擾(EMI)幅度的限制等。在進(jìn)行開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),一般用不等式約束來表示各項(xiàng)性能指標(biāo)。  
在設(shè)計(jì)開關(guān)電源主電路時(shí),應(yīng)計(jì)算和選擇的主要內(nèi)容有選擇主電路拓?fù)洌x擇開關(guān)晶體管(功率MOSFET、GTO或IGBT)以及整流二極管的電流、電壓規(guī)格等,確定輸入、輸出濾波器形式以及參數(shù),選擇計(jì)算磁性元件(電感、變壓器、電流互感器等)的磁芯規(guī)格、尺寸和繞組匝數(shù)、導(dǎo)線規(guī)格等,以及電容的選擇等。  
開關(guān)電源的控制電路補(bǔ)償設(shè)計(jì)應(yīng)滿足電源的各項(xiàng)瞬態(tài)性能指標(biāo),因此它屬于瞬態(tài)設(shè)計(jì)。開關(guān)電源的瞬態(tài)性能指標(biāo)有電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性、恢復(fù)時(shí)間、瞬態(tài)響應(yīng)的上沖和下沖,電源的抗干擾性等。由于主電路參數(shù)與開關(guān)電源瞬態(tài)響應(yīng)性能有較大關(guān)系,因此瞬態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)在主電路設(shè)計(jì)完成以后進(jìn)行。 

【上一個(gè)】 開關(guān)電源簡述一下不同LED驅(qū)動(dòng)電源在不同應(yīng)用中的區(qū)別 【下一個(gè)】 開關(guān)電源的儲能電感和濾波電感


 ^ 開關(guān)電源的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法