开关电源的制作及学习精要.doc

开关电源的制作 注意：在通电后进行检测及查看时必须对电容及电感储能元件进行放电。否则肯定中电。 开关电源的发展趋势 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标 及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。线性稳压 电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源5MPS(Switch Mode P。wer S。Pply)被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70％一90％，比普通线性稳压电源提高近一倍。开关电源亦称无工频变压器的电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可采用体积较小的滤波元件和散热器，这就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础。 开关电源的发展历史 开关电源已有几十年的发展历史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源 等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管(旧称可控硅)相位控制式开关电源，70年代由分 立元件制成的各种开关电源，均围效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广，使之应用受到限制。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大旦向世，这种新项节能电源才重获发展。目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百千赫至几兆赫。与此同时，供开关电源使用的元器件也获得长足发展。Mos功率开关管(MOSFET)、肖特基二极管(SBD)、超快恢复二极管(SRD)、瞬态电压抑制器(Tvs)、压敏电阻器(vsR)、熔断电阻器(FR)、自恢复保险丝(RF)、线性光锅台器、可调式精密并联稳压器(TL431)、电磁干扰滤波器(EMI别te?)、高导磁率磁性材料、由非晶合金制成的磁珠(M。8—nettc Eead)、三重绝缘线(丁riple InsuI班e』Wire)、玻璃珠(G1ass Beads)胶合刑等——大批新器件、新材料正被广泛采用。所有这些，都为开关电源的推广与普及提供了必要条件。 开关电源的基本原理 (1)脉冲宽度调制方式，简称脉宽调制(Pulse w比h ModuNion，缩写为PwM)式。其特 点是固定开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比。因开关周期也是固定的，这就为设计滤波电路提供了方便。其缺点是受功率开关管最小导适时间的限制，对输出电压不能作宽范围调节扇外输出端一般要接假负载(亦称预负载)，以防止空载时输出电压升高。目前，集成开关电源大多采用PwM方式。 (2)脉冲频率调制方式，简称脉频调制(Pul se F，叫uen‘y Modulation，缩写为PFM)式。 它是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比的。在电路设计上要用固定脉宽发生 器宋代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，并利用电压／频率转换器(例如压控振荡器vco)改 变频率。其稳历原理是，当输出电压D。升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长，使占空比减小。un降低。PFM式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可不接假负载。 (3)混合调制方式，是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PwM和PFM的混合方式。 脉宽调制式开关电源的基本原理 脉宽调制式开关电源的基本原理如图1．2．2所示。交流220v输入电压经过整流滤波后变成直流电压uI，再由功率开关管vT(或MosFET)斩波、高频变压器T降压，得到高频矩形波电压，最后通过输出整流滤波器vD、C2，获得所需要的直流输出电压tJo。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信早，控制功率开关管的通断状态，来调节输出电压的高低，达到稳压目的。锯齿波发生器提供时钟信号。利用误差放大器和PwM比较器构成闭环调节系统。假如由于某种原因致使D。十，脉宽调制器就改变驱动信号的脉冲宽度，亦即改变占空比D，使斩波后的平均值电压升高，导致队十。反之亦然。 单片开关电源的基本原理及反馈电路类型 ToP5w：tch系列单片开关电源的典型应用电路如图1．5．1所示。高频变压器在电路中 具备能量存储、隔离输出和电压变换这三大功能。由图可见，高频变压器初级绕组N，的极性(同名端用黑圆点表示)，恰好与次级绕组Nh反馈绕组N?的极性相反。这表明在TOPs— witch导通时，电能就以磁场能量形式储存在初级绕组中，此时vDz截止。当了OP5witch截止时，vDb导通，能量传防给次级，此即反激式开关电源的特点。图中，BR为整流桥，Clh为输入端滤