中心議題：
- 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理
- 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路
開關(guān)式穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)85% 以上,，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外,，還具有穩(wěn)壓精度高,、不使用電源變壓器等特點(diǎn)，是一種較理想的穩(wěn)壓電源,。因此,，開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。本文介紹開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理及各種類型的開關(guān)式穩(wěn)壓電源電路,。
一,、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理
開關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中,，調(diào)寬式使用得較多,，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型,。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源,。
調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理可參見下圖。
對于單極性矩形脈沖來說,，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度,，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高,。直流平均電壓Ｕ,。可由公式計(jì)算，
即Uo=Um×T1/T
式中Um為矩形脈沖最大電壓值,；T為矩形脈沖周期,；T1為矩形脈沖寬度。
從上式可以看出,，當(dāng)Um 與T 不變時(shí),，直流平均電壓Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。這樣,，只要我們設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄,，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。
二,、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路
1. 基本電路
開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖二所示,。
圖二 開關(guān)電源基本電路框圖
控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器,、比較器,、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成,。這部分電路目前已集成化,，制成了各種開關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例,，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
2. 單端反激式開關(guān)電源
單端反激式開關(guān)電源的典型電路如圖三所示,。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè),。所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí),，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù),，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級繞組中儲(chǔ)存能量,。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí),，變壓器Ｔ初級繞組中存儲(chǔ)的能量，通過次級繞組及VD1 整流和電容Ｃ濾波后向負(fù)載輸出,。
單端反激式開關(guān)電源是一種成本最低的電源電路,，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時(shí)輸出不同的電壓,，且有較好的電壓調(diào)整率,。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大,，外特性差，適用于相對固定的負(fù)載,。
單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍,，工作頻率在20－200kHz之間。
3. 單端正激式開關(guān)電源
單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示,。這種電路在形式上與單端反激式電路相似,，但工作情形不同。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，VD2也導(dǎo)通,，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感Ｌ儲(chǔ)存能量,；當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ通過續(xù)流二極管VD3 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。
在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2,，它可以將開關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間,。為滿足磁芯復(fù)位條件,，即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等,，所以電路中脈沖的占空比不能大于５０％。由于這種電路在開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，通過變壓器向負(fù)載傳送能量,，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200 Ｗ的功率,。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，體積也較大，正因?yàn)檫@個(gè)原因,，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少,。
4. 自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源
自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖五所示。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關(guān)電源,，也是目前廣泛使用的基本電源之一,。
當(dāng)接入電源后在R1給開關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1開始導(dǎo)通,，其集電極電流Ic在L1中線性增長,，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓,，使VT1 很快飽和,。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電,，隨著C1充電電壓的增高,，VT1基極電位逐漸變低,，致使VT1退出飽和區(qū)，Ic 開始減小,，在L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為負(fù),、發(fā)射極為正的電壓，使VT1 迅速截止,，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通,，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí),，L2中沒有感應(yīng)電壓,，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位,，使其重新導(dǎo)通,，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去,。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣,，由變壓器Ｔ的次級繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓。
自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從,，也省去了控制電路,。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn),。這種電路不僅適用于大功率電源,，亦適用于小功率電源。
5. 推挽式開關(guān)電源
推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖六所示,。它屬于雙端式變換電路,，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開關(guān)管VT1和VT2,，兩個(gè)開關(guān)管在外激勵(lì)方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止,，在變壓器Ｔ次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/p>
這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管容易驅(qū)動(dòng),，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓,。電路的輸出功率較大，一般在100-500 Ｗ范圍內(nèi),。
6. 降壓式開關(guān)電源
降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖七所示,。當(dāng)開關(guān)管VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1 截止,，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和L向Ｃ充電,，這一電流使電感Ｌ中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓,，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量,，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定,。
這種電路使用元件少,，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感,、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn),。
7. 升壓式開關(guān)電源
升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖八所示。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí),，電感Ｌ儲(chǔ)存能量,。當(dāng)開關(guān)管VT1 截止時(shí)，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓,，該電壓疊加在輸人電壓上,，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓,，形成升壓式開關(guān)電源,。
8. 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源
反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖九所示。這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源,。無論開關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓,，電路均能正常工作。
當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí),，電感L 儲(chǔ)存能量,，二極管VD1 截止,，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電,。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ中的電流繼續(xù)流通,，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓,，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時(shí)給電容Ｃ充電,。
三 總結(jié)
以上介紹了脈沖寬度調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理和各種電路類型,，在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)有各種各樣的實(shí)際控制電路,，但無論怎樣,，也都是在這些基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。