開(kāi)關(guān)式穩壓電源工作原理

本文對各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的工作原理作一闡述。
傳統的線(xiàn)性穩壓電源雖然電路結構簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著(zhù)效率低（只有40% －50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調整范圍小等缺點(diǎn)。為了提高效率，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩壓電源，它的效率可達85% 以上，穩壓范圍寬，除此之外，還具有穩壓精度高、不使用電源變壓器等特點(diǎn)，是一種較理想的穩壓電源。正因為如此，開(kāi)關(guān)式穩壓電源已廣泛應用于各種電子設備中。

一、開(kāi)關(guān)式穩壓電源的基本工作原理
　　開(kāi)關(guān)式穩壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實(shí)際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調制型。因此下面就主要介紹調寬式開(kāi)關(guān)穩壓電源。
調寬式開(kāi)關(guān)穩壓電源的基本原理可參見(jiàn)下圖。

　　對于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Ｕ?？捎晒接嬎?，
即Uo=Um×T1/T
式中Um為矩形脈沖最大電壓值；T為矩形脈沖周期；T1為矩形脈沖寬度。
　　從上式可以看出，當Um 與T 不變時(shí)，直流平均電壓Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。這樣，只要我們設法使脈沖寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。
二、開(kāi)關(guān)式穩壓電源的原理電路
1、基本電路

圖二 開(kāi)關(guān)電源基本電路框圖
開(kāi)關(guān)式穩壓電源的基本電路框圖如圖二所示。
　　交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?br />　　控制電路為一脈沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路?？刂齐娐酚脕?lái)調整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。
２．單端反激式開(kāi)關(guān)電源
　　單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線(xiàn)的一側。所謂的反激，是指當開(kāi)關(guān)管VT1 導通時(shí)，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止狀態(tài)，在初級繞組中儲存能量。當開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器Ｔ初級繞組中存儲的能量，通過(guò)次級繞組及VD1 整流和電容Ｃ濾波后向負載輸出。

　　單端反激式開(kāi)關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。
　　單端反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200kHz之間。
３．單端正激式開(kāi)關(guān)電源
　　單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開(kāi)關(guān)管VT1導通時(shí)，VD2也導通，這時(shí)電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感Ｌ儲存能量；當開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感Ｌ通過(guò)續流二極管VD3 繼續向負載釋放能量。

　　在電路中還設有鉗位線(xiàn)圈與二極管VD2，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿(mǎn)足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時(shí)間應相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于５０％。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導通時(shí)，通過(guò)變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200 Ｗ的功率。電路使用的變壓器結構復雜，體積也較大，正因為這個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應用較少。