開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理

1、§6.1開關(guān)穩(wěn)壓電源基本工作原理分析6.1,1開關(guān)穩(wěn)壓電源與串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源比較穩(wěn)壓電源是使用電子電路調(diào)整輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定目的的電源，有串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源，開關(guān)電源也是穩(wěn)壓電源，但穩(wěn)壓電源不能直接稱為開關(guān)電源。普通的串聯(lián)穩(wěn)壓電源都安裝電源變壓器，具有輸出電壓穩(wěn)定、波紋小等優(yōu)點(diǎn)，但是電壓范圍小，效率低。并聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓特別穩(wěn)定，但是負(fù)載能力很差，一般只在儀表內(nèi)部做基準(zhǔn)用。開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率高，電壓范圍寬，輸出電壓相對穩(wěn)定，由于開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，所以開關(guān)電源的工作效率可達(dá)80%90%。而通常的線性調(diào)整式穩(wěn)壓電源的效率僅達(dá)50%左右開關(guān)電源是近代

2、普遍推廣的穩(wěn)壓電源，比如現(xiàn)在電腦的ATX電源、筆記本電腦電源適配器、打印機(jī)電源、手機(jī)充電器等等。穩(wěn)壓電源是在負(fù)載功率變化時(shí)，輸出電壓仍然保持固定的電壓值。開關(guān)電源也是穩(wěn)壓電源，但穩(wěn)壓電源不能直接稱為開關(guān)電源。項(xiàng)目串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源電源變壓器與脈沖變壓器工作頻率低、鐵芯、體積大、重量重。工作頻率圖、磁芯、體積小、重量輕。調(diào)整管與開關(guān)管比較工作頻率低、功耗大、效率低。工作頻率圖、功耗小、效率Mi。整流和濾波電路比較整流二極管反向耐壓低、濾波容量大。整流二極管反向耐壓高、濾波容量小。電路復(fù)雜性綜合比較電路簡單?？刂坪捅Ｗo(hù)電路復(fù)雜、工作原理復(fù)雜。6.1.2開關(guān)電源的分類1、根據(jù)開關(guān)管在電路

3、中的連接方式分類，可分為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源，并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和脈動(dòng)變壓器耦合式開關(guān)電源。如圖6,1所示四種類型開關(guān)電源電路。(1)串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：開關(guān)管(或儲(chǔ)能電感)與負(fù)載采用用接方式連接的一種電源電路。并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：開關(guān)管(或儲(chǔ)能電感)與負(fù)載采用并接方式連接的一種電源電路(3)脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電路電源是指：開關(guān)管與脈沖變壓器一次繞組串聯(lián)后與整流電路并聯(lián)，負(fù)載電路與脈沖變壓器二次繞組并聯(lián)。2、根據(jù)開關(guān)管的激勵(lì)方式不同分類，開關(guān)電源可分為自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源和他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。(1)自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源是利用電源電路中的正反饋電路來完成自激振蕩，啟動(dòng)電

4、源。(2)他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路是專門設(shè)有一個(gè)振蕩器來啟動(dòng)電源的。3、根據(jù)使用的器件種類不同分類，可分為由分立元器件組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源和由集成電路組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源4、根據(jù)穩(wěn)壓的控制方式不同分類，開關(guān)穩(wěn)壓電源可分為脈沖調(diào)寬式和脈沖調(diào)頻式兩種(1)所謂脈沖調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：由相關(guān)電路對開關(guān)的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的一種穩(wěn)壓電路(2)所謂脈沖調(diào)頻式開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：由相關(guān)電路對開關(guān)的脈沖頻率進(jìn)行調(diào)制的一種穩(wěn)壓電路(O單端反激式開關(guān)電源U(d)自激式開關(guān)電源所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管叮1導(dǎo)通時(shí)，整流管YD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在次皴負(fù)載中無電壓、電流。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，整流管UDL處于導(dǎo)逋狀態(tài).此時(shí)次皴

5、婉俎電壓、電流逋過VD1整流管和電容C濾波后向負(fù)載輸出。6.1.3串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路工作原理分析1,串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源是指開關(guān)管串聯(lián)在輸入電壓與負(fù)載電路之間的一種工作方式的電源電路。2,串聯(lián)式開關(guān)電源的基本電路如圖16(a)所示。在該電路中，VT1為開關(guān)管，VD1為續(xù)流二極管，L為儲(chǔ)能電感，C為濾波電容，RL為負(fù)載電阻。國16fa)串段式開關(guān)電源電路3,串聯(lián)式開關(guān)電源基本電路的工作原理VT1基極輸入正脈沖：開關(guān)管VT1正偏飽和導(dǎo)通，如圖16(b)所示輸出的電壓ui一路加到續(xù)流二極管VD1的負(fù)極上，使其反偏截止；另一路經(jīng)L、GRL形成回路，電流經(jīng)L對電容C進(jìn)行充電，也對RL負(fù)載供電。線圈自感電

6、壓為左"+”右"-"，以阻礙電流的增大。開關(guān)閘臺(tái)KVD1+-電L.iL+建麻二極管截止4-VtVD1AC*u.R母流二極管I導(dǎo)逋rai-Glb)VT1槽和導(dǎo)通時(shí)等效電箍圖1-G(C)VH截止斷開時(shí)等效電路VT1基極輸入負(fù)脈沖：開關(guān)管VT1反偏截止如圖16(C)所示，從而切斷了輸入電壓ui向負(fù)載供電的通路。但由于電感中的電流不會(huì)突變，在電感中會(huì)感應(yīng)出右“+”正、左“-”負(fù)的電壓。該電壓就會(huì)使續(xù)流二極管正偏導(dǎo)通，儲(chǔ)存在電感L中的能量就會(huì)通過VD1導(dǎo)通的二極管繼續(xù)向電容C充電，同時(shí)也為負(fù)載提供工作電流，以維持負(fù)載電流的連續(xù)性。電路要求電容耐壓值高,般不小與輸入電源2倍。

7、圖1-7是電路圖16中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓和電流波形。圖1-7、A、B、C圖分別是控制開關(guān)K的占空比D等于0.5、0.5、0.5時(shí)。圖1-7、ABC-a)圖1-4-a)分別為控制開關(guān)K輸出電壓uo的波形；圖1-7、ABC-b)圖分別為儲(chǔ)能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-7、AB、C-c)圖分別為流過儲(chǔ)能電感L電流iL的波形。|.4占空比D=I5時(shí)電壓波形小結(jié):占空比大電源輸出電壓輸出電壓Uo就小。Uo大，但電壓波動(dòng)也大；相反，占空比小電源當(dāng)占空比等于0.5時(shí)，電源輸出電壓為脈沖電壓的平均值，且電壓較穩(wěn)定。4.串聯(lián)式開關(guān)電源電路分析做幾點(diǎn)說明(1)由于輸入電壓沒有隔離電路，所以整個(gè)電路是帶電的，稱

8、為熱地板，在調(diào)試和修理時(shí)要注意安全。(2)由于開關(guān)管與負(fù)載串聯(lián)，因此對開關(guān)管的反向耐壓要求不高。(3)串聯(lián)式開關(guān)電源基本電路只能輸出一個(gè)直流電壓，而且輸出電壓低于輸入電壓。6.1.4并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理分析(1)并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電是指開關(guān)管與輸入電壓及負(fù)載并聯(lián)的一種工作方式的電源電路(2)并聯(lián)式開關(guān)電源的基本電路如圖18所示。在該電路中，L為儲(chǔ)能電感，VD1為脈沖整流二極管，C為濾波電容，R為負(fù)載電路'：1VD1整流二極管圖18并聯(lián)式開關(guān)電源基本電路(3)并聯(lián)式開關(guān)電源基本電路的工作原理VT1基極輸入正脈沖：開關(guān)管VT1正偏導(dǎo)通，脈沖整流二極管VD1反偏截止。負(fù)載RL上電壓、電流由此前電

9、容C上所充的電壓提供。此時(shí)電容C起著對負(fù)載續(xù)流(Ic1)的作用，電容C稱之為續(xù)流電容。如圖19(a)所示。VT1餡和導(dǎo)通時(shí)等效電路圖1一9并鞋式開關(guān)電路工作等效圖VT1基極輸入負(fù)脈沖：開關(guān)管VT1反偏截止，切斷了電感L對地回路的電流，由于電感中電流不會(huì)突變，在電感上會(huì)感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電壓，該電壓與電源電壓之和會(huì)使VD1整流二極管處于正偏導(dǎo)通。并向電容C充電，且對負(fù)載供電，此時(shí)Id=Ic2+Io。如圖19(b)所示。6.1.5 脈沖變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路工作原理分析1、脈沖變壓器耦合開關(guān)電源是指：開關(guān)管與脈沖變壓器初級串聯(lián)后，與輸入電壓ui并聯(lián)的一種工作方式的電源電路。2、脈沖變壓器耦

10、合開關(guān)電源的基本電路圖如圖19所示，又稱單端反激式開關(guān)電源，所謂反激式是指當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，整流管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在次級整流濾波電路中無電壓、電流輸出。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時(shí)，整流管VD1處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)次級繞組電壓、電流通過VD1整流管和濾波電容C向負(fù)載供電。在該電路中，VT1為開關(guān)管；T為脈沖變壓器，采用軟磁鐵氧體鐵芯加繞線圈后制成；VD1為脈沖整流二極管；C為整流電壓濾波電容；RL為負(fù)載電路脈沖變壓器TVDlz整流二極管.1續(xù)流電容開美脈沖RLVT1開關(guān)管,我地繞Uo一/0匕急地緩Bi-io麻沖變壓器相合開關(guān)電源基本電路3、脈沖變壓器耦合開關(guān)電源基本電路工作原理VT1基極輸入正脈

11、沖：VT1開關(guān)管飽和導(dǎo)通，等效于輸入電壓Ui加在初級線圈L1兩端，此時(shí)流過L1線圈電流是增大，線圈L1產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是上正下負(fù)。根據(jù)同名端定義，在脈沖變壓器次級線圈L2感應(yīng)的電壓是上負(fù)下正，故此時(shí)脈沖整流二極管VD1處于反偏截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)負(fù)載的供電是由電容C此前所充的電壓提供，電容C也稱之為續(xù)流電容。(QVT1憤和導(dǎo)通時(shí)等救電路續(xù)流電容負(fù)脈沖密m斷開lid尸.UoId-Icl+lo1flcl充電電流(b)VT1裁止時(shí)等效電路la圖110并聯(lián)式開關(guān)電路工作等效圖VT1基極輸入負(fù)脈沖：VT1開關(guān)管反偏截止，切斷流過線圈L1中的電流，由于電感中電流不會(huì)突變，在線圈上會(huì)感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電壓，根據(jù)同

12、名端定義，在脈沖變壓器次級線圈L2感應(yīng)的電壓是上正下負(fù)，該電壓使二極管VD1正偏導(dǎo)通。開關(guān)變壓器次級感應(yīng)輸出的電壓提供給負(fù)載RL,并對電容C進(jìn)行充電。該電路亦稱之為單端反激式開關(guān)電源。電路中，通過脈沖調(diào)寬電路，改變VT1基極脈沖的寬度來改變穩(wěn)壓電路輸出電壓的大小。4、脈沖變壓器耦合開關(guān)電源電路幾點(diǎn)說明：(1)脈沖變壓器初級整流電路部分為熱地板，次級繞組回路為冷地板。(2)脈沖變壓器次級可設(shè)多個(gè)不同匝數(shù)繞組，這樣可獲得多路不同電壓的輸出，較適合彩色電視機(jī)電源電路。(3)對開關(guān)管VT1的反向耐壓要求比較高。6.1.6 調(diào)寬式和調(diào)頻式開關(guān)穩(wěn)壓電路工作原理分析1、圖6-9所示調(diào)寬式脈沖波形示意圖中可見

13、，加到開關(guān)三極管基極上的脈沖電壓周期T不變，而Ton可變，即脈沖占空比可變。占空比大，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長，穩(wěn)壓直流輸出電壓較大。反之，占空比小，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間短，穩(wěn)壓直流輸出電壓小。2、圖6-10所示調(diào)頻式脈沖波形示意圖中可見，加到開關(guān)三極管基極上的脈沖電壓周期T不斷變化，脈沖出現(xiàn)時(shí)間ToN在變，但脈沖消失時(shí)間Toff不變，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間由脈沖出現(xiàn)時(shí)間ToN決定，ToN越寬，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間越長，電源輸出直流電壓越大，即調(diào)頻式脈沖波形頻率小，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間越長，電源輸出直流電壓越大。反之，調(diào)頻式脈沖波形頻率大，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間越短，電源輸出直流電壓越小。B69調(diào)熨式豚沖波形示意圖Toff工口B610

14、調(diào)象式陳沖波形示意圖3、調(diào)寬式和調(diào)頻式開關(guān)穩(wěn)壓電路脈沖波形的比較項(xiàng)目調(diào)寬式脈沖穩(wěn)壓電路調(diào)頻式脈沖穩(wěn)壓電路脈沖波形周期P/、艾口艾脈沖出現(xiàn)時(shí)間ToN口艾口艾脈沖消失時(shí)間Toff口艾/、艾、充電器電路及元器件介紹:1、充電器電路原理圖如圖1.1所示：電路是由2只晶體管和開關(guān)變壓器To8組成。特點(diǎn)：晶體開關(guān)管Q1與脈沖變壓器T1初級構(gòu)成間歇自激振蕩器，穩(wěn)壓電路由反饋線圈N2、VD6ZD1、C3構(gòu)成。二次整流輸出電路中的開關(guān)變壓器屬于反激式，即開關(guān)管截止時(shí)脈沖變壓器次級有電壓輸出。Q2DSR4構(gòu)成具有過流保護(hù)電路。2、充電器電路主要器件介紹：1.開關(guān)管：13001為開關(guān)管，耐壓為400V,集電極最大電

15、流1.5A,最大集電極功耗為14W用來控制初級繞組與電源之間的通、斷。當(dāng)初級繞組不停的通斷時(shí)，就會(huì)在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場，從而在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。.開關(guān)變壓器：變壓器也必須使用高頻開關(guān)變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有高的電阻率，以減小渦流。按圖中標(biāo)明繞組的同名端，可判斷該電路是單端反激式電源電路。即開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，次級繞組中的整流二極管卻是截止斷開，負(fù)載兩端沒有電壓和電流流過；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，次級繞組中的整流二極管處于正偏電壓導(dǎo)通，負(fù)載兩端有電壓并有電流。.開關(guān)變壓器次級中的整流二極管D7:1N4397資料：1N4937Series600V1A150nsThroughHoleF

16、astRectifier-DO-41。二極管1N4937是一個(gè)快速回復(fù)管，通斷時(shí)間為150ns邰秒）。因?yàn)殚_關(guān)電源的工作頻率較高，所以需要工作頻率較高的二極管。這里可以用常見的1N58161N5817等肖特基二極管代替。那么整流二極管1N4007能不能代替1N4937?回答：不能，1N4937是快速恢復(fù)二極管，TR助150nS,而1N4007是普通低頻整流二極管，速度差太多。要想更換1N4937,可用UF4007來替換。.HD3582D品描述：DIP8腳位圖說明圖支持座式充電器模式；支持普通三燈模式及二燈模式、七彩燈模式；自動(dòng)識別電池極性；充電飽和電壓4.25V（典型值）；空載時(shí)穩(wěn)壓輸出；短路

17、保護(hù)功能；極少的外圍器件；內(nèi)置基準(zhǔn)源。GND與襯底同電位TOIEAT+8765XK3532D1234CCS6"C5i=i5丁況OwF0765XK35E2D1234/16VXK35B2D引腳L2LIzzz104(a)HD：35m2D引腳1N4397CC）脈沖變壓器欷級充電指示電路表1DIP8引腳圖說明表1N4397圖L1金力為通用型手機(jī)電池充電器電原理醫(yī)ZD1匕6mC2，146-Wv114Toic47G0pfD6廳p名稱DIP8腳位圖描述1BTN接電池負(fù)極2L3L3充電指示燈L3引腳3L2飽和指示燈L2弓1腳（二燈模式兼充電指示燈）4L1電源指示燈L1引腳5SEL功能選擇，接VDD為3

18、燈和2燈模式，接GND為七彩模式.6GND電源負(fù)極（地端）7BTP接電池正極8VDD功率電源止極、充電器電路工作原理分析1.整流濾波電路由市電220V交流輸入，一端經(jīng)過一個(gè)1N4007半波整流，另一端經(jīng)過一個(gè)1歐的電阻后，由4.7uF/400V電容濾波。這個(gè)1歐的電阻不僅用來做保護(hù)的,而且用來區(qū)分市電與輸入電路熱地“參考點(diǎn)”，我們測量三極管各引腳交流電壓時(shí)，都是以“參考點(diǎn)”做地進(jìn)行測量的；如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流，那么這個(gè)電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。.開關(guān)自激振蕩電路圖L2自激式開關(guān)電源進(jìn)入自激開關(guān)電源振蕩電路約280V直流不穩(wěn)定電壓分成兩路：一路經(jīng)開關(guān)變壓器To1的、初級繞組加到

19、開關(guān)管VT1的集電極；另一路經(jīng)R1給VT1基極提供導(dǎo)通電壓，于是開關(guān)管VT1導(dǎo)通，初級繞組由于VT1集電極電流流過，產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電壓，該電壓在反饋線圈L2感應(yīng)的電壓經(jīng)R2、C4反饋到開關(guān)管基極，形成正反饋。開關(guān)管VT1迅速進(jìn)入飽和區(qū)導(dǎo)通。當(dāng)VT1飽和導(dǎo)通時(shí)，其集電極電流保持不變，To8初級繞組上的感應(yīng)電壓消失，正反饋停止，VT1很快退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入放大狀態(tài)。此時(shí)，開關(guān)管VT1集電極電流瞬間減小，因初級繞組上的電流不能突變，故次級繞組感應(yīng)很強(qiáng)反向電壓，使開關(guān)管反偏而截止。當(dāng)開關(guān)管VT1截止后，To8初級繞組無電流流過，感應(yīng)電壓消失，電源又通過R1給開關(guān)管VT1基極供電，使開關(guān)管重新進(jìn)入飽

20、和導(dǎo)通狀態(tài)上述過程周而復(fù)始，便形成了自激開關(guān)過程.過流保護(hù)電路工作原理R4D5及三極管Q2構(gòu)成了過流保護(hù)電路，R4是過流保護(hù)的取樣電阻。上端的R2:2.2MQ為啟動(dòng)電阻，給開關(guān)管提供啟動(dòng)用的基極電流。13001的射極用接10Q電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓（其值為10Te）,這電壓經(jīng)二極管1N4148后，加至三極管S8050的基極上。當(dāng)取樣電壓大約大于1.4V,即開關(guān)管電流大于0.14A時(shí)，三極管S8050導(dǎo)通，從而將開關(guān)管13003的基極電壓拉低，基極電流減小從而使集電極電流也減小，這樣就控制了開關(guān)的電流，防止電流過大而燒毀（其實(shí)這是一個(gè)恒流結(jié)構(gòu)，將開關(guān)管的最大電流限制在140mA左右）0.電源穩(wěn)壓電路工作原理電源穩(wěn)壓電路是由反饋線圈L2、整流濾波電路中D6C3及穩(wěn)壓二極管ZD1組成。在變壓器左下方的繞組（取樣繞組