開關(guān)型穩(wěn)壓電源

1、10.5 開關(guān)型穩(wěn)壓電源 為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)效率可達(dá)90%以上以上，造價(jià)低造價(jià)低，體積小體積小?，F(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，?，F(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是點(diǎn)是紋波較大紋波較大，用于小信號放大電路時(shí)，還應(yīng)采用第，用于小信號放大電路時(shí)，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。二級穩(wěn)壓措施。10.5.1 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理10.5.2 集成開關(guān)型穩(wěn)壓器10.5.1 開關(guān)型穩(wěn)壓電路

2、的工作原理 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖10.2310.23的電路加以的電路加以說明說明。它由。它由調(diào)整管調(diào)整管、濾波電路濾波電路、比較器比較器、三角波發(fā)三角波發(fā)生器生器、比較放大器比較放大器和和基準(zhǔn)源基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。等部分構(gòu)成。圖圖10.23 10.23 開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖 三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vB，去控制，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)

3、流續(xù)流二極管二極管D即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。 根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平高電平，對應(yīng)調(diào)整管，對應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為的導(dǎo)通時(shí)間為t tonon；反之輸出為；反之輸出為低電平低電平，對應(yīng)調(diào)整管，對應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間的截止時(shí)間t toffoff。 輸出波形中電位水平高于高電輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對方波而言，相平最小值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波存在的部分。當(dāng)方波存在的部分。 輸出波形中電位水平低于低輸出波形中電位水平低于低

4、電平最大值的部分，對方波而言，電平最大值的部分，對方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分。相當(dāng)方波不存在的部分。 為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較減小，比較器方波輸出的器方波輸出的toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。 各點(diǎn)波形見各點(diǎn)波形見圖圖10.24。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方

5、波，有濾波電感的存在，使輸出電流波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。 圖圖10.24 開關(guān)電源波形圖開關(guān)電源波形圖 分析見下頁分析見下頁qVTtVtVVTtVTtvTtvTVTttIonIonCESIoffDE0EO)(1+)(1d1d1=11 可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)。q q稱為占空比稱為占空比 方波高電平的時(shí)方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周期的間占

6、整個(gè)周期的百分比。百分比。在輸入電壓一定時(shí)，在輸入電壓一定時(shí)， 輸出電壓與占空比成正比。輸出電壓與占空比成正比。 忽略電感的直流電阻，輸出電壓忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為即為vE的平均分的平均分量。于是有量。于是有1調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低， 電源效率大為提高；電源效率大為提高；2調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出， 必須在輸出端加濾波器；必須在輸出端加濾波器；3可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4在許多場合可以省去電源變壓器；在許多場合可以省去電

7、源變壓器；5由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體 積可大大減小。積可大大減小。由以上分析可以得出如下結(jié)論：由以上分析可以得出如下結(jié)論：10.5.2 集成開關(guān)型穩(wěn)壓器典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表 型號型號 電源范圍電源范圍/ /V 最大輸出電流最大輸出電流 /A 內(nèi)部參考源內(nèi)部參考源 /V 輸出級形式輸出級形式 TL494 7TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或單端推挽或單端 SG3524 8SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽 SG3525 8SG3525 835

8、 0.5 5 35 0.5 5 推挽推挽 LM2575 3.5LM2575 3.535 1 1.23 _35 1 1.23 _ 表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。 集成開關(guān)穩(wěn)壓器，集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型一般有兩大類型。一類是包。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的括調(diào)整管在內(nèi)的集成開關(guān)穩(wěn)壓器集成開關(guān)穩(wěn)壓器; ;另另一類稱為一類稱為開關(guān)電開關(guān)電源控制器源控制器，它不包括調(diào)整管。，它不包括調(diào)

9、整管。(1)(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源概述開關(guān)穩(wěn)壓電源概述 利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。 SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖如圖10.25所示。所示。 ( (2)2)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖圖10.25 SG3524的內(nèi)部方框圖的內(nèi)部方框圖 它的內(nèi)部它的內(nèi)部包括誤差放大包括誤差放大器、限流保護(hù)器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯器、輸出邏輯控制電路和輸控制電路和輸出三極管等環(huán)出三極管等環(huán)節(jié)。節(jié)

10、。 SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖10.26所示。所示。圖圖10.26 開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路 3524從從11和和14腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開的兩路控制信號，腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開的兩路控制信號，其開關(guān)頻率由其開關(guān)頻率由6和和7腳外接的腳外接的RT和和CT決定。決定。1和和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，大器的輸入端，R1和和R2構(gòu)成反饋回路。構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)源，由腳是基準(zhǔn)源，由R3和和R4給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號比較的給定電壓。給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號比較的給定電壓。 V3和和V4是或非門的

11、輸出，只要或非門的輸入端有高電是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。平，它的輸出即為低電平。 V3和和V4的輸出由的輸出由V2、CP、Q或或Q決定。因決定。因Q和和Q只能有一個(gè)是高電平，只能有一個(gè)是高電平，T2和和T1不可能同時(shí)導(dǎo)不可能同時(shí)導(dǎo)通。通。 T1和和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。SG3524電路控制過程的波形如圖電路控制過程的波形如圖10.27所示。所示。 圖圖10.27 SG3524的波形圖的波形圖 鋸齒波由振蕩器提供，鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。加

12、到比較器上。 V2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)T 觸發(fā)器，觸發(fā)器，CP、Q和和V2 的或非是的或非是V3，決定，決定T1的通斷。的通斷。CP、Q和和V2 的或非是的或非是V4，決定，決定T2的通斷。由于的通斷。由于Q和和Q等寬，加上等寬，加上V2的存的存在，所以在，所以V3和和V4這兩路信號之間有一定的死區(qū)，以保證這兩路信號之間有一定的死區(qū)，以保證T1和和T2 管不會同時(shí)導(dǎo)通。管不會同時(shí)導(dǎo)通。 當(dāng)當(dāng)V1降低時(shí)，降低時(shí)， V2加寬，加寬， T1和和T2的寬度變窄，導(dǎo)通時(shí)間減的寬度變窄，導(dǎo)通時(shí)間減小。反之，當(dāng)小。反之，當(dāng)V1增加時(shí)，增加時(shí)， T1和和T2

13、 的導(dǎo)通時(shí)間增加。的導(dǎo)通時(shí)間增加。圖圖16.16 開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路 設(shè)負(fù)載電流加大，設(shè)負(fù)載電流加大，VO下降，反饋電壓減小，誤差放大器的下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出輸出V1增加，增加， T1和和T2的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓VO增加增加。 ( (3) 3) SG3524構(gòu)成的構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源 現(xiàn)在來討論現(xiàn)在來討論3524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。圖圖10.25 SG3524的內(nèi)部方框圖的內(nèi)部方框圖反之，當(dāng)反之，當(dāng)VO增加時(shí)，反增加時(shí)，反饋電壓增加，饋電壓增加， V輸出減小，輸出減小， T1和和T2的導(dǎo)的導(dǎo)通時(shí)間減小，通時(shí)間減小，輸出電壓輸出電壓VO 減小。減小。 SG3524的的10腳也有保護(hù)功能，當(dāng)腳也有保護(hù)功能，當(dāng)10腳加高電平時(shí)，可腳加高電平時(shí)，可以強(qiáng)迫以強(qiáng)迫V1下降，下降， T1和和T2關(guān)斷。關(guān)斷。10腳與腳與4腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。 當(dāng)三極管的電流過大時(shí)，電