開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理

1、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理隨著全球?qū)δ茉磫栴}的重視，產(chǎn)品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機功耗，提高供電效率成為一個急待解決的問題。傳統(tǒng)的線性雖然結(jié)構(gòu)容易、工作牢靠，但它存在著效率低（惟獨40% 50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)節(jié)范圍小等缺點。為了提高效率，人們研制出了開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達85% 以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、不用法電源等特點，是一種較抱負的穩(wěn)壓電源。正由于如此，開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，本文對各類的工作原理作一闡述。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，在實際的應(yīng)用中，調(diào)寬式用法

2、得較多，在目前開發(fā)和用法的開關(guān)電源中，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?？捎晒接嬎?，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um 與t 不變時，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、基本電路圖二 開關(guān)電源基本電路框圖開

3、關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖二所示。溝通電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞橐幻}沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、脈寬調(diào)制及基準電壓等電路構(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)節(jié)高頻開關(guān)元件的開關(guān)時光比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。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，是指當開關(guān)管vt1 導通時，高頻變壓器t初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負，整

4、流vd1處于截止狀態(tài)，在初級繞組中儲存能量。當開關(guān)管vt1截止時，變壓器t初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及vd1 整流和c濾波后向負載輸出。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20100w，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)節(jié)率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。單端反激式開關(guān)電源用法的開關(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20200khz之間。3單端正激式開關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源的典型電路四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相像，但工作情形不同。當開關(guān)管vt1導通時，vd2也導通，這時電網(wǎng)向負載傳送能

5、量，濾波l儲存能量；當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)通過續(xù)流二極管vd3 繼續(xù)向負載釋放能量。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。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時光應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。因為這種電路在開關(guān)管vt1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50200w的功率。電路用法的變壓器結(jié)構(gòu)復雜，體積也較大，正由于這個緣由，這種電路的實際應(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，也是目前廣泛用法的基本電源之一。當接入電源后在r1

6、給開關(guān)管vt1提供啟動，使vt1開頭導通，其集電極電流ic在l1中線性增長，在l2 中感應(yīng)出訪vt1 基極為正，放射極為負的正反饋電壓，使vt1 很快飽和。與此同時，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 開頭減小，在l2 中感應(yīng)出訪vt1 基極為負、放射極為正的電壓，使vt1 快速截止，這時二極管vd1導通，高頻變壓器t初級繞組中的儲能釋放給負載。在vt1截止時，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，使其重新導通，再次翻轉(zhuǎn)達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，

7、由變壓器t的次級繞組向負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。電路中因為負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出互相隔離的優(yōu)點。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)。電路用法兩個開關(guān)管vt1和vt2，兩個開關(guān)管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，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＿@種電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)管簡單驅(qū)動，主要缺點是開關(guān)管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大

8、，普通在100-500w范圍內(nèi)。6.降壓式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源的典型電路七所示。當開關(guān)管vt1 導通時，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(wèi)中的儲能增強。當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)感應(yīng)出左負右正的電壓，經(jīng)負載rl和續(xù)流二極管vd1釋放電感l(wèi)中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的凹凸由加在vt1基極上的脈沖寬度確定。這種電路用法元件少，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)壓電路八所示。當開關(guān)管 vt1 導通時，電感l(wèi)儲存能量。當開關(guān)管vt1 截止時，電感l(wèi)感應(yīng)出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管vd1向負載供電，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。當開關(guān)管 vt1 導通時，電感l(wèi) 儲存能量，二極管vd1 截止，負載rl靠電容c上次的充電電荷供電。當開關(guān)管vt1