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開關(guān)式穩(wěn)壓電源工作原理

本文對各類開關(guān)電源的工作原理作一闡述。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠,但它存在著效率低(只有40% -50%)、體積大、銅鐵消耗量大,工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點。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、不使用電源變壓器等特點,是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因為如此,開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

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,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關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖二所示。  交流電壓經(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闹绷麟妷骸! 】刂齐娐窞橐幻}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。控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例,以達到穩(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,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),在初級繞組中儲存能量。當(dāng)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,可以同時輸出不同的電壓,且有較好的電壓調(diào)整率。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(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,VD2也導(dǎo)通,這時電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量,濾波電感L儲存能量;當(dāng)開關(guān)管VT1截止時,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,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,正因為這個原因,這種電路的實際應(yīng)用較少。

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