摘要:介紹了一種自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì),詳細(xì)說(shuō)明了開關(guān)電源的工作原理及各部分的功能.
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1??引?? 言

　　開關(guān)電源是一種利用開關(guān)功率器件并通過(guò)功率變換技術(shù)而制成的直流穩(wěn)壓電源.它具有體積小、重量輕、效率高、對(duì)電網(wǎng)電壓及頻率的變化適應(yīng)性強(qiáng)、輸出電壓保持時(shí)間長(zhǎng)、有利于計(jì)算機(jī)信息保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源.開關(guān)電源又被稱為高效能節(jié)能電源,內(nèi)部電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài),自身消耗的能量很低,一般電源效率可達(dá)80%左右,比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍.目前生產(chǎn)的無(wú)工頻變壓器式中,開關(guān)電源仍然采用脈沖寬調(diào)制器PWM或脈沖頻率調(diào)制器PFM的原理.本文根據(jù)PWM原理,利用開關(guān)管TL431取樣,將誤差經(jīng)光耦合放大,通過(guò)PWM來(lái)控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止時(shí)間(即占空比),使得輸出電壓保持穩(wěn)定。

圖1?? 開關(guān)電源的工作原理圖
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4??開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

　　開關(guān)電源電路圖如圖2所示.在此功率轉(zhuǎn)換電路中,采用單端反激式變換器,單端是因?yàn)槠涓哳l變壓器的磁芯只工作在第一象限.按變壓器的副邊開關(guān)整流器二極管的接線方式不同,單端變換器可分為兩種:正激式與反激式.原邊主功率開關(guān)管與副邊整流管的開關(guān)狀態(tài)相反(開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),副邊的整流二極管截止)稱為單端反激式.當(dāng)原邊加到高電平激勵(lì)脈沖使Q1導(dǎo)通,直流輸入高頻變壓器的原邊兩端,此時(shí)因副邊是上負(fù)下正,使整流二極管截止;當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為低電平使Q1截止,原邊兩端極性反向,使副邊繞組兩端變?yōu)樯险仑?fù),則整流二極管被正向?qū)?此后變壓器副邊的磁能向負(fù)載釋放.因此單端反激式變換器只是在原邊Q1導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量,當(dāng)它截止時(shí)才向負(fù)載釋放,故高頻變壓器在開關(guān)過(guò)程中,既起變壓隔離作用,又是電感儲(chǔ)能元件.

　　在交流電源的輸入端接入的電磁干擾濾波器,由共模扼流圈L1、C2和C3構(gòu)成,C2和C3的中點(diǎn)應(yīng)接地,用來(lái)抑制共模干擾.C1用來(lái)濾波,濾除串模干擾,電容量較大.鑒于開關(guān)管BU508A在關(guān)斷的瞬間,高頻變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓,利用C8、R3和D1組成鉗位電路,C9的作用是濾除開關(guān)管集電極的尖峰電壓,決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率,C9和R4一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償,同時(shí)C9和R4還起原邊快速?gòu)?fù)位的作用,能有效的保護(hù)開關(guān)管不被損壞。

?????????????????????????? 圖2?? 開關(guān)電源電路圖

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4.1 開關(guān)電源的開關(guān)控制部分

　　開關(guān)電源其核心是開關(guān)控制部分,主要工作過(guò)程是通過(guò)圖2中B點(diǎn)和C點(diǎn)電壓的高低來(lái)控制主功率開關(guān)管Q1導(dǎo)通和截止的時(shí)間(即占空比的大小).當(dāng)Q1截止時(shí)A點(diǎn)為高電平,C5對(duì)Q1放電,使B點(diǎn)電位迅速提高,使開關(guān)管Q1基極電位高于發(fā)射極,因而Q1飽和導(dǎo)通,并對(duì)C5進(jìn)行充電.而此時(shí)的電流為變壓器原邊電流與Q1導(dǎo)通時(shí)的電流之和,所以流經(jīng)R5的電流值很大,C點(diǎn)電位升高,飽和導(dǎo)通使A點(diǎn)電位下降,Q1也就截止.

　　D2和D3作用是在Q1導(dǎo)通時(shí),使C點(diǎn)電位不致很高,否則C5的放電時(shí)間過(guò)長(zhǎng),使Q1關(guān)斷時(shí)間toff過(guò)大,而Q1導(dǎo)通時(shí)間ton保持不變,這樣頻率變低.若Q1導(dǎo)通時(shí)C點(diǎn)提升太高時(shí),才將Q1變?yōu)榻刂?此時(shí)D2和D3正向?qū)?C點(diǎn)的電位降低,使得C5放電時(shí)間很短就能將使Vb>Vc,使toff也很小,因而可以使頻率達(dá)到很高.
4.2 PWM調(diào)節(jié)部分

　　Q1導(dǎo)通時(shí),繞組N2上正下負(fù),C10吸收剛放電時(shí)的尖峰電壓,防止二極管D10正向?qū)〒p壞,D10正向?qū)?使B點(diǎn)電位升高,從而使Q1更快飽和導(dǎo)通.同時(shí)Q2導(dǎo)通,再使Q3也導(dǎo)通,B點(diǎn)電壓下降,原邊線圈電流減小至截止.這時(shí)N2邊為下正上負(fù),D4和D5導(dǎo)通,Q4基極變?yōu)楦唠娢?Q4導(dǎo)通,C點(diǎn)電位降低,截止時(shí)間變短,