《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高頻開(kāi)關(guān)電源電路原理分析
摘要: 目前對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍,,因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零,,而且噪聲也小,,可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式,。當(dāng)前,世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究,。
Abstract:
Key words :

高頻開(kāi)關(guān)電源由以下幾個(gè)部分組成:

一,、主電路

從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程,,包括:

 1,、輸入濾波器:其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾,同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng),。

2,、整流與濾波:將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級(jí)變換,。

3,、逆變:將整流后的直流電變?yōu)?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/高頻" title="高頻" target="_blank">高頻交流電,這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分,,頻率越高,,體積、重量與輸出功率之比越小。

4,、輸出整流與濾波:根據(jù)負(fù)載需要,,提供穩(wěn)定可靠的直流電源,。

二,、控制電路

一方面從輸出端取樣,經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,,然后去控制逆變器,,改變其頻率或脈寬,達(dá)到輸出穩(wěn)定,,另一方面,,根據(jù)測(cè)試電路提供的資料,經(jīng)保護(hù)電路鑒別,,提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施,。

三、檢測(cè)電路

除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外,,還提供各種顯示儀表資料,。

四、輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源,。

第二節(jié) 開(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理

開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi),,在開(kāi)關(guān)K接通時(shí),輸入電源E通過(guò)開(kāi)關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL,,在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間,,電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí),,輸入電源E便中斷了能量的提供,。可見(jiàn),,輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的,,為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置,,在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份能量?jī)?chǔ)存起來(lái),,在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),向負(fù)載釋放,。圖中,,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,,就具有這種功能,。電感L用以?xún)?chǔ)存能量,在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),,儲(chǔ)存在電感L中的能量通過(guò)二極管D釋放給負(fù)載,,使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量,,因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷,所以稱(chēng)為續(xù)流二極管,。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示

 EAB=TON/T*E

式中TON為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間,,T為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期(即開(kāi)關(guān)接通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和)。


由式可知,,改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例,,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,,隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變,。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱(chēng)為“時(shí)間比率控制”(Time Ratio Control,縮寫(xiě)為T(mén)RC),。

按TRC控制原理,,有三種方式:

一、脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,縮寫(xiě)為PWM)開(kāi)關(guān)周期恒定,,通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式,。

二、脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,縮寫(xiě)為PFM)導(dǎo)通脈沖寬度恒定,,通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式,。

三、混合調(diào)制

導(dǎo)通脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率均不固定,,彼此都能改變的方式,,它是以上二種方式的混合。

第三節(jié) 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨勢(shì)

1955年美國(guó)羅耶(GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,,是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端,,1957年美國(guó)查賽(Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器,1964年美國(guó)科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想,,這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑,。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高,二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善,,終于做成了25千赫的開(kāi)關(guān)電源,。目前,開(kāi)關(guān)電源以小型,、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備,、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式,。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz,、用MOS-FET制成的500kHz電源,雖已實(shí)用化,但其頻率有待進(jìn)一步提高,。要提高開(kāi)關(guān)頻率,,就要減少開(kāi)關(guān)損耗,而要減少開(kāi)關(guān)損耗,,就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件,。然而,開(kāi)關(guān)速度提高后,,會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲,。這樣,,不僅會(huì)影響周?chē)娮釉O(shè)備,,還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中,,為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌,,可采用R-C或L-C緩沖器,而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器,。不過(guò),,對(duì)1MHz以上的高頻,要采用諧振電路,,以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波,,這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗,同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生,。這種開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān),。目前對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍,因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零,,而且噪聲也小,,可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前,,世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究,。

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