開關(guān)穩(wěn)壓器精品課件

1、開關(guān)穩(wěn)壓器第1頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三斬波方式在輸入輸出端之間幾乎沒有電氣絕緣，所以不能用于采用商用電源的線性可調(diào)電源。斬波方式不適宜稱為開關(guān)穩(wěn)壓器，多用于構(gòu)成DC-DC轉(zhuǎn)換器，即由一種直流電源得到另一種所需的直流電源。真正的開關(guān)穩(wěn)壓器是由變頻方式構(gòu)成的，主要有小型（小容量）RCC方式、中容量的正向變換器方式、大容量的多晶體管變換器方式。第2頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)穩(wěn)壓器是通過控制晶體管在ON狀態(tài)、OFF狀態(tài)之間切換（開關(guān)動作）使輸出電壓保持穩(wěn)定。晶體管完全處于ON狀態(tài)時，Vce（sat）=1V，晶體管的集電極-發(fā)射極電壓

2、Vce很小。此時，縱然有集電極電流Io流過晶體管，也不會引起過大的功率損耗。另外 ，開關(guān)穩(wěn)壓器處于OFF狀態(tài)時無集電極電流，當(dāng)然也就不存在功率損耗。這就是開關(guān)穩(wěn)壓器功率損耗小的主要原因。第3頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)穩(wěn)壓器處于按需供應(yīng)，非串聯(lián)穩(wěn)壓器的一直供應(yīng)。開關(guān)電路輸出的電流不是直流，它的后面還需要連接整流平滑電流，把脈動電流轉(zhuǎn)換成直流電流。第4頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)穩(wěn)壓器的整流、平滑電路開關(guān)穩(wěn)壓器的整流、平滑電路有電容器輸入型和扼流線圈輸入型兩類，需要根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器的電路方式加以靈活運(yùn)用。降壓型斬波開關(guān)穩(wěn)壓器中采用

3、扼流線圈輸入型，而升壓型斬波和反極性斬波開關(guān)穩(wěn)壓器則采用電容輸入型。按需供應(yīng)（調(diào)節(jié)晶體管的ON和OFF比例），可以得到任意值的直流、穩(wěn)定輸出電壓。第5頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三通常把不經(jīng)過電源變壓器，而是將AC直接輸入電源的開關(guān)穩(wěn)壓器稱為線性可調(diào)型電源或離線變換器。線性可調(diào)型開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)，a.為自勵型b.為他勵型。自勵型，由開關(guān)晶體管和輸出變壓器產(chǎn)生持續(xù)振蕩。電路的構(gòu)成簡單，只適用于小功率輸出的設(shè)備。他勵型，控制電路中有振蕩器，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜但特性好，適用于大功率設(shè)備。第6頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三第7頁，共68頁，2022年，5

4、月20日，22點(diǎn)45分，星期三線性可調(diào)型開關(guān)穩(wěn)壓器包含輸出變壓器，輸入和輸出之間必須進(jìn)行隔離，以避免產(chǎn)生感應(yīng)電壓。通常開關(guān)晶體管的開關(guān)頻率都設(shè)定在人的聽覺頻率之外，超過20KHz以上。第8頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)穩(wěn)壓器的基本形式第9頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三斬波方式適用于局部穩(wěn)壓第10頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三RCC方式適用于50W以下第11頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三正向變換器適用于高頻場合第12頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三第13頁

5、，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三推挽方式適用于小于300W的場合第14頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三半橋方式適用于AC100V/AC200V輸入該方式與推挽方式相同，也采用兩個晶體管。半橋式開關(guān)晶體管的Vce為推挽式晶體管的1/2，集電極電流為推挽式的2倍?；谶@些特點(diǎn)，半橋式適用于輸入電壓為100V/200V的共用型電源。即輸入為AC100V時，它起到倍壓整流的作用，而輸入200V時起到普通橋式整流的作用。取晶體管的耐壓Vce為400V即可。第15頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三變壓器磁芯的選擇開關(guān)穩(wěn)壓器的工作頻率

6、一般為高頻，超過數(shù)十千赫以上，所以作用工頻電源變壓器的硅鋼片不合適做扼流線圈的磁芯。因?yàn)楣桎撈F心線圈的鐵損和所謂的磁芯損耗都非常大，大的損耗將使線圈產(chǎn)生很高的溫升?？刹捎弥饕煞譃殂f的粉末壓制磁芯。鐵氧體磁芯在設(shè)計(jì)時需要設(shè)計(jì)成帶氣隙的，從氣隙泄放出去的漏磁是引起噪聲的主要原因。目前非晶態(tài)材質(zhì)的環(huán)型磁芯具有最好的性能。第16頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三晶體管開關(guān)特性晶體管實(shí)際上的導(dǎo)通時間為Tr，基極電流為零之后返回到晶體管OFF狀態(tài)的存儲時間為Tstg，而晶體管關(guān)斷所需的時間為Tf，在存儲時間Tstg內(nèi)晶體管仍然處于ON狀態(tài)，因而該時間越長，晶體管的開關(guān)動作越不理

7、想。Tstg是影響晶體管開關(guān)時間的一個重要因素。產(chǎn)生了理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的差距。Hfe越大則Tstg越長，Tstg還隨溫度的升高而延長。第17頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三減小Tstg的措施第18頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三通過基極-發(fā)射極間的連接電阻Rbe釋放蓄積的電荷，將大大改善晶體管的開關(guān)特性。當(dāng)晶體管從ON向OFF切換的瞬間，在發(fā)射極到基極方向給晶體管加上一個反向偏置電壓。第19頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三選擇晶體管的要點(diǎn)開關(guān)穩(wěn)壓器多數(shù)用于低電壓的斬波穩(wěn)壓器，在設(shè)計(jì)晶體管時應(yīng)尤其注意Tstg，如果選

8、擇所謂的高速開關(guān)功率晶體管，一般都不會產(chǎn)生問題。在耐壓設(shè)計(jì)上，輸入AC100V，需要耐壓Vceo=400V的晶體管，而輸入AC200V，則需耐壓Vceo=800V的晶體管。晶體管的集電極電流的合理取值應(yīng)為最大額定值的1/21/3。第20頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三二極管大部分選用SBD（肖特基二極管）。二極管上的標(biāo)示和普通二極管一樣。測試方式也一樣。體積稍大，引腳也粗。也有允許的額定電流和耐壓范圍，根據(jù)電路的最大電流，選取器件。畫PCB時需要拿到實(shí)物再畫，SBD的尺寸廠家不一樣，大小有差別。第21頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三斬波穩(wěn)壓器

9、的設(shè)計(jì)方法圖2.2給出了由晶體管直接對輸入電源進(jìn)行開關(guān)控制的電路所構(gòu)成的斬波穩(wěn)壓器。直流輸入電壓Vin首先經(jīng)過晶體管轉(zhuǎn)換稱為高頻的電源。然后經(jīng)扼流線圈L和電容器C后重新變成直流。第22頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三如果晶體管ON，輸入電壓Vin就會給扼流線圈L、電容器C以及負(fù)載提供能量。當(dāng)電流流過L時，扼流線圈存儲能量。由于此時二極管D處于OFF狀態(tài)，所以就如同它不存在一樣。接下去如果晶體管OFF，情況將如何呢？此時，扼流線圈L通過二極管D釋放存儲的能量，并將之提供給負(fù)載，二極管構(gòu)成了扼流線圈能量釋放的通路。（該二極管稱為續(xù)流二極管）。第23頁，共68頁，2022年

10、，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三改變D（占空比）就可以改變輸出電壓，即使輸入電壓Vin由于某種原因緩慢低落，但只要接入一個電路來控制Ton的寬度，就能保證輸出電壓穩(wěn)定不變。斬波穩(wěn)壓器中，由于輸入和輸出之間的變壓器等沒有絕緣，使用中特別注意。無法作為隔離用的電源。第24頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)振蕩電路1、在斬波控制電路中內(nèi)置振蕩器，該方式以固定開關(guān)頻率工作，稱之為他激型斬波。專用IC通常大部采用這種方式。通過外接電阻或電容器可以任意設(shè)定振蕩頻率。2、在控制電路中沒有振蕩器，通過把開關(guān)晶體管的輸出波形正反饋給控制電路實(shí)現(xiàn)振蕩，稱之為自激型斬波。特別，把輸出電

11、壓中疊加的紋波電壓反饋給誤差放大器實(shí)現(xiàn)晶體管ON/OFF轉(zhuǎn)換的方式稱為紋波檢測型斬波。第25頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三1、輸出電壓比輸入電壓低的電路(Buck電路）。稱之為降壓型斬波電路。2、輸出電壓比輸入電壓高的電路（Boost電路）稱之為升壓型斬波或升壓變換器。工作過程為：晶體管ON期間，線圈L存儲能量，晶體管OFF的瞬間，L上產(chǎn)生反向電動勢，向輸出側(cè)傳遞功率。3、輸入輸出極性相反的電路第26頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三第27頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三自激振蕩斬波穩(wěn)壓器設(shè)外加輸入電壓為Vin，于是

12、穩(wěn)壓二極管D2產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vref，經(jīng)電阻R3和R2分壓，晶體管Tr2的基極電壓Vb2為：第28頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三維持穩(wěn)定振蕩的難度該方式中差動放大電路的晶體管ON/OFF轉(zhuǎn)換是通過輸出紋波電壓實(shí)現(xiàn)的，如果輸出一側(cè)的平滑電路扼流線圈或者電容器的容量值發(fā)生變化，那么轉(zhuǎn)換頻率也將發(fā)生變化。需要通過圖2.5中所帶*標(biāo)的元器件來確定轉(zhuǎn)換頻率。為了獲得較大的輸出電流，開關(guān)晶體管可用達(dá)林頓管取而代之。紋波檢測型斬波的轉(zhuǎn)換效率較低，只能用于小功率。有興趣的可以看如何使用TL431來使電路工作穩(wěn)定可靠。第29頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)

13、晶體管和二極管的功耗通常以正向電壓降Vf較小的肖特基勢壘二極管。第30頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三RCC方式穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)方法（反激式）RCC是Ringing Choke Convertor的縮寫，字面上翻譯為自激回掃變換器。國內(nèi)大部分稱為反激式穩(wěn)壓器或者反激式開關(guān)電源。第31頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三基礎(chǔ)知識只要有正向偏壓加在開關(guān)晶體管Tr1的基極上，Tr1就ON，于是集電極-發(fā)射極間的電壓達(dá)到飽和電壓Vce（sat），輸入電壓加在變壓器的初級繞組上。與此同時，在變壓器的次級繞組中感應(yīng)出反極性的電壓，次級的二極管D1中沒有電流流過，

14、次級繞組處于開路狀態(tài)。在此狀態(tài)下，變壓器內(nèi)部并沒有能量傳遞，電源提供給初級繞組的能量全部存儲在變壓器中。（存儲能量過程）第32頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三從Tr1OFF的瞬間開始，電源便停止向初級繞組提供電能，同時變壓器繞組產(chǎn)生反向電動勢。因此，次級電路的二極管D1導(dǎo)通，變壓器內(nèi)存儲的能量向輸出一側(cè)釋放出來。由式子可知，如果輸入電壓或輸出電流發(fā)生變化，改變ON時間或頻率f的時間參數(shù)，即可使輸出電壓Vo保持穩(wěn)定。第33頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三這是三種動作模式，RCC方式通常工作在b這種模式下。第34頁，共68頁，2022年，5月20

15、日，22點(diǎn)45分，星期三B2如果大于Bm則造成磁滯飽和，這種情況相當(dāng)于空心的線圈，此時晶體管中將有過大的電流流過。第35頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三上圖說明在磁芯中有剩磁，則要求由于使用電容，故在輸出電壓中存在紋波電壓第36頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三電路的起動過程接通輸入電源Vin后，電流Ig通過電阻Rg流向開關(guān)晶體管Tr1的基極，Tr1導(dǎo)通，Ig稱為起動電流。晶體管Tr1的集電極電流Ic必然由零開始逐漸增加。故Ig盡量小點(diǎn)。電阻Rg稱為起動電阻。第37頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三一旦Tr1進(jìn)入ON狀態(tài)

16、，輸入電壓Vin將加在初級繞組上，則基極線圈產(chǎn)生電壓Vb。該電壓Vb與Tr1導(dǎo)通極性相同，因此Vb將維持Tr1的導(dǎo)通狀態(tài)，此時基極電流Ib是連續(xù)的穩(wěn)定電流。經(jīng)過某一時間Ton后達(dá)到Ic，集電極電流與直流電流放大倍數(shù)hfe之間將呈現(xiàn)如下關(guān)系:只有上述公式成立的條件下Tr1才能維持ON狀態(tài)。在基極電流不足的區(qū)域，集電極電壓由不飽和區(qū)域向不飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)移。于是Np線圈（通過Ic電流的線圈）的電壓下降，導(dǎo)致Nb（基極線圈）的感應(yīng)電壓也隨之降低，基極電流Ib進(jìn)一步減小。Tr1的基極電流不足狀態(tài)不斷加深，Tr1迅速轉(zhuǎn)移至OFF狀態(tài)。第38頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三如果晶體管

17、處于OFF狀態(tài)，變壓器各個繞組將產(chǎn)生反向電動勢，次級Ns繞組使D4導(dǎo)通，電流I2流過負(fù)載，經(jīng)過某一時間toff后，變壓器能量釋放完畢，電流I2變?yōu)?。但是，此時在Ns繞組中還有極少量的殘留能量，這部分能量再一次返回。使基極繞組Nb產(chǎn)生電壓，Tr1再次ON，晶體管繼續(xù)重復(fù)前面的開關(guān)動作。第39頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三穩(wěn)壓二極管Dz的目的為，分流Tr1的基極電流。達(dá)到關(guān)斷晶體管的目的。在Tr1OFF期間，Nb線圈通過導(dǎo)通的D3為C2充電，C2的電壓變?yōu)樨?fù)電壓，C2的電壓Vc當(dāng)Vc滿足上式時，齊納二極管Dz導(dǎo)通，驅(qū)動電流從它所形成的旁路流過，進(jìn)而是Tr1OFF。第4

18、0頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三在開始電路起動時，在開關(guān)晶體管中將有很大的集電極電流流過，如果該電流超過額定值，則有可能損壞晶體管。因此，需要防止在起動時晶體管內(nèi)發(fā)生過大的集電極電流。最簡單的辦法如3.22。實(shí)際如圖3.23，若開關(guān)晶體管Tr1的集電極電流使Rsc上的電壓降Vs超過Tr2的Vbe，則Tr2ON，從而構(gòu)成Tr1的基極電流分支，并起到限制Tr1的集電極電流過高的穩(wěn)流作用。第41頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三為了提高RCC的輸出功率，方法是增加一只電流放大晶體管?？梢詫⒍O管的電壓變化和損耗這兩個問題同時解決。第42頁，共68頁

19、，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三輸出電壓Vo與負(fù)偏壓Vc成正比。改變輸出電壓，就需要改變Vc。如圖3.38由此可見，改變R1和R2的比值就可以改變輸出電壓第43頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三在該電路中，由于Ib與Vin無關(guān)，故Ib是恒定的，可以保證電路的正常工作，而且還可以減小電阻Rb的損耗。第44頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三圖3.40所示，當(dāng)輸出近似為空載狀態(tài)時，仍會引起間歇振蕩。采用3.41圖的方法，在直流的輸出端連接一個泄放電阻，此時的功率全部為無用功率。采用泄放電阻的電路使得輸出近似空載狀態(tài)時，電路仍能正常工作。第

20、45頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三浪涌電壓Vsg與集電極電流Ic的切斷速度成正比，如圖3.42所示，該電壓與Vce疊加，其大小與OFF時的開關(guān)速度成正比。最大Vsg不僅可使Vce超過晶體管Vceo，同時它也是產(chǎn)生噪聲的主要原因。第46頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三必須在晶體管的集電極和發(fā)射極之間連接電容器和電阻。以抑制Vsg。電容必須與電阻串聯(lián)連接。否則會造成開關(guān)損耗增大。第47頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三浪涌緩沖電路不是最佳設(shè)計(jì)的話，這會成為晶體管關(guān)斷過程中產(chǎn)生振動波形的主要原因，有時甚至引發(fā)異常振蕩。異常

21、振蕩的癥狀是使本來數(shù)十千赫的開關(guān)頻率躍升十幾倍，甚至達(dá)到數(shù)百千赫的頻率。把整個系統(tǒng)來看，就是一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)，無法正常使用。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定通常是加入負(fù)反饋來使系統(tǒng)穩(wěn)定。電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)也采用這種方法來保證系統(tǒng)穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^直接監(jiān)視輸出電壓，并利用某種機(jī)制對開關(guān)晶體管的振蕩頻率及ON時間進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。第48頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三如果輸出電壓Vo超過額定值。那么流過光耦Pc1的電流增加。于是，與光耦相連的晶體管基極電流也增加，與之對應(yīng)的集電極電流增大，從而使Tr2導(dǎo)通，構(gòu)成了開關(guān)晶體管Tr1的基極電流的另一條支路。即使Ib1減小。Ib1減小則集電極電流也減

22、小，從而縮短ON的時間，Tr1提前OFF，其結(jié)果是流入變壓器的能量減小，是輸出電壓Vo減小。第49頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三這里設(shè)計(jì)時需要注意的保證光耦工作在線性區(qū)域，即放大區(qū)。這樣可以將輸出Vo的變化反饋到輸入。根據(jù)所選用的光耦來確定光耦端所串聯(lián)的電阻大小。在利用光耦進(jìn)行反饋控制的穩(wěn)壓控制中，光耦的響應(yīng)滯后會引起相位的延遲。由于穩(wěn)壓控制本身屬于負(fù)反饋控制（180度的相位差），從而進(jìn)一步加重了光耦的相位延遲，如果相位達(dá)到360度，即（負(fù)反饋?zhàn)兂烧答仯?。系統(tǒng)會產(chǎn)生振蕩，無法穩(wěn)定。這種由于響應(yīng)滯后造成的振蕩在開關(guān)穩(wěn)壓器中稱為寄生振蕩，需要絕對避免。第50頁，共68

23、頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三解決的方法為：人為的對相位進(jìn)行補(bǔ)償。為減小輸出紋波電壓，在次級平滑電路中添加了型LC濾波電路，但是線圈的電感將引起很大的相位延遲。為補(bǔ)償相位延遲，必須在L的前端連接CR電路。第51頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三該電路中，Ra和Rb為兩個要點(diǎn)，首先C3的電壓為正的直流電壓，它與輸出電壓成正比，若輸入電壓Vin上升，Ra的電流也增加，使Tr2導(dǎo)通，能快速地實(shí)現(xiàn)限流作用。限流起作用后，輸出電壓Vo和C2的電壓值均下降，流過Rb的負(fù)電流減小，Tr2基極電壓上升，使Tr2進(jìn)一步導(dǎo)通，起到減小輸出電流的作用。第52頁，共68頁，2

24、022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三正向變換器的設(shè)計(jì)方法（正激式）正向變換器由于功率較大，一般采用MOSFET來作為高頻開關(guān)器件。（過大電流，耐壓高，電壓型驅(qū)動器件）。正向變換器的特點(diǎn)是輸出變壓器初級和次級的極性相同，開關(guān)晶體管ON期間，向輸出一側(cè)傳輸能量。第53頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三若Tr1導(dǎo)通，輸入電壓Vin加在變壓器的初級繞組Np上，那么次級繞組Ns會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于二極管D1處于正向偏壓，電壓方向即電流i2方向。在Tr1ON期間i2為連續(xù)電流，通過路徑D1-L1-C1對平滑電容器充電。一旦開關(guān)晶體管Tr1截止，來自初級的能量傳輸就截止，扼流線

25、圈L1產(chǎn)生反向電動勢。I3的路徑為L1-C1-D2。第54頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三如果將圖4.2中的頻率固定不變，輸入電壓Vin降低，則調(diào)寬ton，反之Vin升高，則調(diào)窄toff，就可以始終保持Vo不變。在一個周期內(nèi)通過改變ON時間ton的比例（占空比）能夠起到控制輸出電壓穩(wěn)定性的作用，我們稱為脈寬調(diào)制（PWM）。如果保持ton不變，通過改變周期或頻率來控制占空比的方法稱為脈頻調(diào)制（PFM）。第55頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三從上式看出。輸出電壓只和占空比，初級次級線圈的匝數(shù)比以及輸入電壓有關(guān)。這只是理想狀態(tài)下的公式，在實(shí)際中，由

26、于二極管以及導(dǎo)線阻抗的存在，輸出電壓實(shí)際為?？梢钥闯觯S著電流的變化，輸出電壓仍會產(chǎn)生脈動。在正向變換器中，初級電流和次級電流都包含勵磁電流。勵磁電流最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊o用功率。第56頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三在正向變換器的設(shè)計(jì)中，也需要注意不能使變壓器出現(xiàn)磁飽和。磁飽和后，輸出變壓器相當(dāng)于空心線圈，電感變得很小，流過變壓器的勵磁電流非常大，甚至?xí)?dǎo)致晶體管燒壞。因此在晶體管OFF期間，必須讓磁通返回原來的位置。即變壓器的復(fù)位。第57頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三如圖4.10所示，若開關(guān)晶體管Tr1截止，則變壓器的Np繞組產(chǎn)生反向電動勢，二極

27、管D1導(dǎo)通，同時對電容器Cr充電。此時電阻Rr和Cr并聯(lián)連接，Cr的電荷被Rr消耗。變壓器實(shí)現(xiàn)復(fù)位的條件為Rr所消耗的功率等于變壓器所存儲的能量。并且要求復(fù)位動作結(jié)束必須在晶體管Tr1的OFF期間完成，否則仍留有剩磁，沒有完成復(fù)位的作用。復(fù)位電阻Rr過大，復(fù)位電壓Vr將迅速上升，復(fù)位很快能完成，但是由于Vr是加在晶體管上的反向電壓，不宜太高，易造成晶體管的損壞。故一般在設(shè)計(jì)時使Vr等于Vin。這種情況下晶體管Tr1的占空比上限為0.5。第58頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三理想狀態(tài)下復(fù)位變壓器使磁通降為0。實(shí)際使用過程中，由于B-H曲線存在磁滯，故用復(fù)位變壓器的方法不

28、能使磁通返回到零點(diǎn)。故在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要考慮到殘余剩磁（Br）的問題。第59頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三圖4.10采用電阻實(shí)現(xiàn)變壓器復(fù)位的電路中，由于變壓器存儲的能量全部被電阻Rr所消耗。結(jié)果成為無用功率。圖4.15將該部分能量再生為輸入功率，再加以有效利用的方法。若開關(guān)Tr1截止，初級繞組產(chǎn)生反向電動勢，復(fù)位電流ir流過圖中虛線路徑，電流ir的方向與輸入側(cè)電容器Cin的充電方向相同，這樣實(shí)現(xiàn)了功率再生，使其成為能夠再利用的有效功率。由于開關(guān)晶體管及次級整流二極管的耐壓條件所限，一般情況下，取Vr=Vin。在考慮晶體管和二極管的外加電壓的時候除了考慮輸入電壓通過變壓

29、器在次級產(chǎn)生的電壓之外還需要考慮過渡狀態(tài)的浪涌電壓。因此耐壓值要選定時應(yīng)留有足夠的裕量。第60頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三在次級整流電路中，二極管采用肖特基二極管。在正向變換器方式的穩(wěn)壓控制最好采用PWM控制?？梢圆捎肨I的TL494。該芯片采用軟起動的方式。輸入電壓接通時，正向變換器方式需要通過軟起動電路使輸出電壓平緩地上升。因?yàn)殡娫刺幱谄饎訝顟B(tài)時輸出電壓為零。如果沒有軟起動電路，開關(guān)晶體管的控制信號在最大ON寬度時開始動作。由于輸出側(cè)的平滑電容器兩端的電壓也為0V，因此會產(chǎn)生極強(qiáng)的充電電流，結(jié)果將導(dǎo)致開關(guān)晶體管的集電極電流超出額定值，甚至造成元器件的損壞。第6

30、1頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三理想情況是，電路起動時刻，控制信號的導(dǎo)通時間先是很窄，然后再慢慢變寬。為了防止在開通時間過長，一般PWM變換器都加入死區(qū)控制時間，PWM控制芯片有專用管腳來設(shè)置電壓以決定PWM輸出的最大ON時間。利用在直流輸出側(cè)的負(fù)端處接一個檢流電阻（低電阻大功率）來達(dá)到控制輸出電流的功能，當(dāng)電流過大電阻一端電壓升高，電壓升高此信號經(jīng)過芯片后去控制PWM的開通時間。使PWM的ON時間變短，輸出電壓降低，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。在實(shí)際中需要考慮，電壓輸入過低時的保護(hù)電路。第62頁，共68頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期三開關(guān)晶體管的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)與雙極型晶體管相比，MOSFET通常更容易實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)動作。MOSFET屬于電壓控制元件，不需要門極驅(qū)動電流。因此，在很低的電壓下就能實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作。MOSFET的門極-源極之間存在