开关电源工作原理图1。 开关电源的基本工作原理

开关电源的连接控制方法分为宽度调节和频率调制两种。 在实际应用中,更多地使用宽度调节类型。 在电流开关电源集成电路的开发和使用中,大多数也被脉宽调制。因此,以下主要介绍宽度可调的开关电源。

可调宽度开关电源的基本原理如下图所示。

对于单极性矩形脉冲,DC平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度。 脉冲越宽,直流平均电压值越高。平均直流电压U可通过以下公式计算

那就是Uo = Um×T1 / T

其中,Um是矩形脉冲的最大电压值; T是矩形脉冲周期; T1是矩形脉冲宽度。

从上式可以看出,当Um和T不变时,平均直流电压Uo与脉冲宽度T1成正比。这样,只要我们尝试随着稳压电源的输出电压的增加而使脉冲宽度变窄,就可以达到稳定电压的目的。

二,开关电源的原理电路

1。 基本电路

图2开关电源的基本电路框图

开关电源的基本电路框图如图2所示。

经过整流电路和滤波电路的整流滤波后,交流电压变为包含一定脉动分量的直流电压。 通过高频转换器将该电压转换成期望电压值的方波,最后对该方波电压进行整流。滤波成为所需的直流电压。

控制电路是一个脉宽调制器,主要由采样器,比较器,振荡器,脉宽调制和参考电压等电路组成。现在,电路的这一部分已集成在一起,从而形成了用于开关电源的各种集成电路。控制电路用于调节高频开关元件的开关时间比,以达到稳定输出电压的目的。

2。 单端反激式开关电源

单端反激式开关电源的典型电路如图3所示。电路中所谓的单端意味着高频转换器的磁芯仅在磁滞回路的一侧工作。所谓反激是指当开关VT1接通时,高频变压器T的初级绕组的感应电压为正和负,整流二极管VD1处于截止状态,能量存储在 初级绕组。当开关管VT1断开时,存储在变压器T的初级绕组中的能量将在通过次级绕组和VD1整流并由电容器C滤波后输出到负载。

单端反激式开关电源是成本最低的电源电路,输出功率为20-100W,可以同时输出不同的电压,并具有更好的稳压率。唯一的缺点是输出纹波电压大且外部特性差,因此适用于相对固定的负载。

单端反激式开关电源使用的开关管VT1的最大反向电压是电路工作电压值的两倍,工作频率在20到200 kHz之间。

3。 单端正向开关电源

单端正向开关电源的典型电路如图4所示。该电路的形式类似于单端反激电路,但工作条件不同。当开关管VT1打开时,VD2也

开启,然后电网将能量传输到负载,滤波电感L储存能量; 当开关管VT1被切断时,电感器L继续通过续流二极管VD3向负载释放能量。

电路中还有一个钳位线圈和一个二极管VD2,可将开关VT1的最大电压限制为电源电压的两倍。为了满足铁心复位条件,即建立了磁通量并

复位时间应相等,以使电路中脉冲的占空比不能大于50%。因为当开关管VT1接通时,电路通过变压器将能量传输到负载,所以输出功率范围非常大,并且可以输出50-200 W的功率。电路中使用的变压器结构复杂且体积大。 因此,该电路的实际应用较少。

4。 自激式开关电源

自激式开关电源的典型电路如图5所示。这是一种由间歇振荡电路和广泛使用的基本电源组成的开关电源。

当连接电源时,启动电流在R1处提供给开关VT1,因此VT1开始导通,其集电极电流Ic在L1中线性增加,并且VT1的基极被感应为正,而负值为负。 正反馈电压在L2中传输。快速使VT1饱和。同时,感应电压为C1充电。 随着C1的充电电压增加,VT1的基极电势逐渐变低,导致VT1离开饱和区,Ic开始下降,并且VT1的基极被感应为负,并且在L2中感应出发射极。正电压使VT1快速截止。 此时,二极管VD1导通,并且存储在高频变压器T的一次绕组中的能量被释放给负载。当VT1关闭时,L2中没有感应电压,并且直流电源输入电压通过R1反向充电至C1,逐渐增加VT1的基极电势,将其打开,然后再次翻转以达到饱和,因此 电路将反复振荡。在这里,就像单端反激式开关电源一样,变压器T的次级绕组将所需的电压输出到负载。

自激式开关电源中的开关管起着开关和振荡的双重作用,因此省略了控制电路。由于负载位于变压器的次级侧,并且工作在反激状态,因此具有将输入和输出彼此隔离的优点。该电路不仅适用于大功率电源,还适用于低功率电源。

5, 推挽式开关电源

推挽式开关电源的典型电路如图6所示。它属于双端转换电路,高频变压器的磁芯作用于磁滞回线的两侧。该电路使用两个开关管VT1和VT2。 在外部激励方波信号的控制下,两个开关管交替打开和关闭。 在变压器T次级组中获得方波电压,整流后的滤波器变为所需的DCVoltage。

该电路的优点是两个开关管易于驱动。 主要缺点是开关管的耐压应达到电路峰值电压的两倍。电路的输出功率非常大,通常在100-500 W的范围内。

6。 降压开关电源

降压开关电源的典型电路如图7所示。当开关管VT1导通时,二极管VD1截止,并且输入的整流电压通过VT1和L充电至C。 该电流增加了电感器L中的能量存储。当开关管VT1断开时,电感器L感应出左正负电压,并且通过负载RL和续流二极管VD1释放存储在电感器L中的能量,以保持输出DC电压不变。电路输出的直流电压的电平由施加到VT1的基极的脉冲宽度确定。

该电路使用更少的组件,并且与下面描述的其他两个电路相同,这只能通过使用电感器,电容器和二极管来实现。

7。 升压开关电源

升压型开关电源稳压电路如图8所示。当开关VT1导通时,电感器L存储能量。当开关管VT1关断时,电感器L感测到左负右正电压,该正负电压叠加在输入电压上,并通过二极管VD1向负载供电,从而输出电压大于输入电压, 从而形成升压开关电源。

8。 反向开关电源

反相开关电源的典型电路如图9所示。该电路也称为降压-升压开关电源。无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于还是低于输出端的稳定电压,电路都可以正常工作。

当开关VT1接通时,电感器L储存能量,二极管VD1断开,并且负载RL由电容器C的最后一次充电供电。当开关VT1截止时,电感器L中的电流继续循环,并且感应出负电压和正电压以通过二极管VD1向负载供电,并同时为电容器C充电。

以上介绍了脉宽调制开关电源的基本工作原理和各种电路类型。 在实际应用中,会有各种实际的控制电路,但是无论如何,它们都是在这些基础上开发的。的。

间歇振荡器

间歇振荡器是由脉冲变压器和单级放大器组成的强正反馈振荡器。它的特点是输出矩形脉冲的宽度窄,占空比大,效率高。间歇性振荡器可以分为两种:激发型和自激型。通常用于脉冲生成和整形,本节仅讨论自激间歇振荡器。

共发射极自激间歇振荡电路如图Z1630所示。Tγ是用于传输脉冲信号的脉冲变压器,其处理结构要比普通变压器高。Rb和C是确定振荡频率的时序元素,D是阻尼二极管。输出脉冲的形成可分为以下四个阶段。

1。最前沿

打开电源后,T型管将打开,从而产生ib和ic电流。当ic流经L1时,它将在上端产生一个正感应电压。 同时,它通过变压器耦合在L2的基极端子上产生正感应电压,导致基极电势增加,ib进一步增加并被T管放大,从而ic进一步增加,从而形成强正 反馈。 结果,T管迅速饱和,并且输出电压Uo = UCES接近零形成了输出脉冲的前沿。

2。平顶

在T管饱和之后,正反馈过程结束,流经L1的电流近似线性增加。 同时,L2中感应电压的极性和大小保持不变,并且电容器C通过发射极结充电。 充电常数为(由于Rb“ rbe),交替充电的进行,电容器两端的电压增加,基极电位逐步转变,ib转换,从而使ic交替,直到T管离开饱和区并进入放大区域,平顶阶段结束了。显然,输出脉冲宽度tk由充电时间常数rbeC确定。

3。结语

T管进入放大区域后,ib继续减小,ic相应减小,从而通过变压器的耦合在L1的上端感应出负的感应电压,在L2的感应端上引起负的基极电压。,基础电位A进一步减小,ib进一步减小,Ic减小,从而形成强的正反馈。 结果是T管迅速切断,形成了脉冲的后沿。由于从打开T型管到关闭T型管的时间非常短,因此电流ic的变化率非常大,因此L1上会产生高反冲电压,从而大大增加了T型管的集电极电位。同时,在基座上产生高的负压。图中的二极管D用于抑制反冲电压,以防止晶体管击穿。

4。间歇期

切断T管后,电容器C两端的充电电压分别为负和正,这将使基极反向并使T管保持断开。同时,电容器C通过Rb和Ec放电。 由于大的放电时间常数Rbc,放电电流变化缓慢,L2上的感应电压非常小,可以忽略不计。因此,基极电势从负数呈指数增长,并趋于+ Ec。 当基极上升到初始导通电压时,晶体管再次导通。之后,它一次又一次地启动,引起自激振荡。显然,暂停时间与放电时间常数Rbc有关。用于计算暂停时间tb的近似公式为。其中,n是变压器的变压比。因为tb >> tk,所以间歇振荡器的周期为:。

上式表明调整Rb和C值可以改变振荡周期T.输出电压和电流波形如图T1631所示。电路结构简单,易于调整。主要用于电视场振荡电路