开关稳压电源组成原理—设计.doc

第二章、开关稳压电源的组成原理 1、原理框图 随着功率晶体管的出现，人们很自然地想到了将串联线性调整状态改为开关工作状态，通过周期性接通、关断开关，控制开关管的占空比来调整输出电压。开关式稳压电路中的串联调整管工作在开关状态，即调整管主要工作在饱和导通和截止两种状态。由于管子饱和导通时管压降Vces和截止时管子的电流Iceo都很小，管耗主要发生在状态转换过程中，电源效率可提高到80%~90%，所以其体积小，重量轻。 开关式稳压电源组成框图如图1所示。它是由一次整流滤波、DC／DC变换电路、占空比控制电路、取样电路、保护电路等组成。下面介绍各部分的作用。 交流市电 直流输出电压 图1 开关稳压电源组成原理框图 2、直流变换器式开关稳压电源 直流变换器式开关稳压电源主要包括直流变换器和稳压电路两个部分，该稳压电源的核心是直流变换器。直流变换器是将一种直流电压转换为另一种直流电压的变换设备，它是开关电源的一个重要类别。进行直流变换通常可分为几步：逆变器——将直流电压转换为较高频率的交流电压；高频变压器——将高频交流电压转换为所需的交流电压，并且实现不安全的市电与安全的输出电源有效隔离；整流器——将高频交流电压转换为直流电压。下面介绍2种基本的变换电路，这2种功率变换器可以工作在他激状态作功率方波放大器，也可以工作在自激状态作方波振荡器，产生的方波经变压器次级侧整流，将方波变换为所需的直流，它的基本电路是由一个晶体管组成的单端电路。 晶体管直流电压变换器的基本工作原理，是利用晶体管作为高频开关控制直流电源的通断，经过变压器输出，把直流变成交流。如果所需的输出是直流电压，那么，把变压器输出的交流电压再经过整流，就可以得到所需的直流输出电压。在负载对直流电源精度要求不高、且负载变化不大的场合，直流变换器的输出可以直接向负载供电，而不必再另加稳压电路。反之，当负载对直流电源供电要求较高时，通常则需要在电路中加上稳压控制电路，一般是加上前面所介绍的取样电路、基准电源、差分放大器以及脉冲占空比可调的控制电路，即可构成开关稳压器。由于电路中引入了高频变压器的隔离，可以实现输入电压和输出电压之间的直流隔离，即安全工作点与非安全工作点之间的电气绝缘。 单端晶体管直流变换器具有线路简单的特点，它只用一只晶体管、一个变压器以及电容、二极管构成。功率可以做到150W～250W。根据变压器次级侧整流二极管的接法不同，单端变换器可分为反激式和正激式两种。反激式和正激式变换器两者的差别只是整流二极管的接法不同，但其工作原理差别很大。 3、单端反激式变换器 在单端反激式变换器中，整流二极管的接法使得开关晶体管导通时，二极管截止，这时电源输入的能量以磁能的形式储存于变压器中；在晶体管截止期间，二极管导通，变压器中储存的能量传输给负载，因此，单端反激式变换器也称为电感储能式变换器。不过这里用变压器，而不是单个电感。单端反激式变换器电路如图2所示。 当开关晶体管V的基极被输入脉冲驱动而导通时，输入电压Ui便加到变压器T的初级绕组N1上，由于变压器T对应端的极性，次级绕组N2的极性为下正上负，二极管D截止, 次级绕组N2中没有电流流过。当V截止时， N2绕组的电压极性为下负上正，二极管D导通，此时V导通期间储存在变压器中的能量便通过二极管D向负载释放。在工作过程中变压器一方面起了电感储能电感的作用，另一方面也起了变压器的作用。由上分析可知，单端反激式变换器与前面介绍的并联开关稳压器的工作原理相似，因此输出电压为 Uo ＝ Ui 设占空比δ＝ ton／T，可以得到 Uo ＝ Ui +U i D L · + ｎ1 V ｎ2 C Uo 　　　　　　　　 · 　　　　　　 图2 单端反激式变换器电路 4、单端正激式变换器 在单端正激式变换器中，整流二极管的接法是在开关晶体管导通时，经过变压器耦合，能量通过导通的二极管传输给负载，而在晶体管截止期间，二极管也截止。 图3是带有回授绕组N3