開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)

1、  開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)    圖1畫出了開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開關(guān)管V，激勵信號，續(xù)流二極管Vp，儲能電感和濾波電容C組成。實際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個直流變壓器。這里我們對直流變換器和逆變器作如下解釋。    逆變器，它是把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯难b置。逆變器通常被廣泛地應(yīng)用在采用電平或電池組成的備用電源中。    直流變換器，它是把直流轉(zhuǎn)換成交流，然后又把交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。采用直

2、流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性、數(shù)值各不同的多種直流供電電壓。     開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點    1.功耗小，效率高。在圖1中的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進(jìn)的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到80%。    2.體積小，重量輕。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清楚地看到

3、這里沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小，重量輕。    3.穩(wěn)壓范圍寬。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補償，這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源

4、。    4.濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/5001/1000。    5.電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源

5、。     開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點    開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。開關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開關(guān)晶體管V工作在狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾。    目前，由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)

6、與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距，因而造價不能進(jìn)一步降低，也影響到可靠性的進(jìn)一步提高。所以在我國的電子儀器以及機(jī)電一體化儀器中，開關(guān)穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用。特別是對于無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器的磁芯材料等器件，在我國還處于研究、開發(fā)階段。在一些技術(shù)先進(jìn)國家，開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應(yīng)用中也還存在一些問題，不能十分令人滿意。這暴露出開關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個缺點，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。對此，如果設(shè)計者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。當(dāng)今，開關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原

7、因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價成本較高。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的種類    現(xiàn)在，電子技術(shù)和應(yīng)用迅速地發(fā)展，對電子儀器和設(shè)備的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不斷地增加。在使用上自動化程度越來越高。在體積上，要日趨小型化。這使采用具有眾多優(yōu)點的開關(guān)穩(wěn)壓電源就顯得更加重要了。所以，開關(guān)穩(wěn)壓電源在計算機(jī)、通信、航天、彩色電視等方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進(jìn)了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面研究和生產(chǎn)的人員也在不斷地增加，開關(guān)穩(wěn)壓電源的品種和類型也越來越多。下面的組圖給出了各種類型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。 

8、   (1)按激勵方式劃分     他激式    電路中轉(zhuǎn)設(shè)激勵信號的振蕩器，電路形式如圖6所示。     自激式    開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖7所示。    (2)按調(diào)制方式劃分     脈寬調(diào)制型    振蕩頻率保持不變，通過改變脈沖寬度

9、來改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，有時通過取樣電路、耦合電路等構(gòu)成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。     頻率調(diào)制型    占空比保持不變，通過改變振蕩器的振蕩頻率來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的幅度。     混合調(diào)制型    通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。    (3)按開關(guān)管電流的工作方式劃分     

10、;開關(guān)型    用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標(biāo)準(zhǔn)方波，電路形式類似于他激式。     諧振型    開關(guān)晶體管與LC諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)正弦波，電路形式類似于自激式。    (4)按開關(guān)晶體管的類型劃分     晶體管型    采用晶體管作為開關(guān)管，電路形式如圖6所示。     可控硅型&

11、#160;   采用可控硅作為開關(guān)管，這種電路的特點是直接輸入交流電，不需要一次整流部分，其電路形式如圖5。    (5)按儲能電感與負(fù)載的連接方式劃分     串聯(lián)型    儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖3所示。     并聯(lián)型    儲能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖4所示。   

12、60;(6)按晶體管的連接的連接方式劃分     單端式    僅使用一個晶體管作為電路中的開關(guān)管，這種電路的特點是價格低，電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出功率不能提高，其電路形式如圖3、圖4和圖6所示。     推挽式    使用兩個晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。這種電路的特點是開關(guān)變壓器必須具有中心抽頭，電路形式如圖12。     半橋式    使用兩個晶體管，將其連接成半橋形式。它的特點是適應(yīng)于輸入電壓較高的場合。電路形式如圖11。     全橋式    使用四個開關(guān)晶體管，將其連接成全橋形式。它的特點是輸出的功率比較大。其電路形式如圖13。&