寬調節開(kāi)關(guān)電源可選擇的一種電路結構

摘   要:  本文簡(jiǎn)單概述了寬調節電源的發(fā)展,提出了采用開(kāi)關(guān)電源構成的一種寬調節電源電路的結構、原理及基本設計要點(diǎn)。
概述
在電源應用中,常常希望電源輸出電壓調節寬，或者輸入電壓可適應很寬的范圍，或既有一定輸出電壓調節寬度，又能適應很寬的輸入電壓范圍。通常這類(lèi)電源稱(chēng)為“寬調節電源” 。在電源發(fā)展過(guò)程中，有多種方式可以實(shí)現這個(gè)目標，有的電路至今仍在使用。上世紀60年代開(kāi)始，晶體管串聯(lián)方式的穩壓電路已普遍使用，其缺點(diǎn)是串聯(lián)晶體管上的損耗比較大，當輸出電壓要求寬調節時(shí), 調整的串聯(lián)晶體管上壓降變化很大，勢必引起很大的功率損耗，降低電源效率，結構上需要大的散熱器, 增加了體積和重量。為了在輸出電壓調整時(shí)保持調整管壓降或將它控制在小的范圍內變化, 不至產(chǎn)生過(guò)大的損耗，最簡(jiǎn)單的辦法是改變變壓器抽頭， 通過(guò)波段開(kāi)關(guān)的選擇調整串聯(lián)穩壓器輸入電壓, 以保持小的調整管壓降，達到輸出寬調節的目的。但是這種辦法輸出電壓調節的不連續和波段開(kāi)關(guān)的不可靠性是它的缺點(diǎn)。后來(lái)，隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展, 為了減少調整管上的損耗，采用降壓開(kāi)關(guān)電路替代串聯(lián)穩壓電路。 這種方式的寬調節電源在上世紀60年代末70年代初形成產(chǎn)品, 作為實(shí)驗室常用電源。但它的缺點(diǎn)依舊存在。
與此同時(shí), 串聯(lián)穩壓電路加前置調節的電路開(kāi)始應用。 常采用的前置電路是移相式可控整流電路。整體電路有兩個(gè)相關(guān)的控制電路?？煽卣麟娐返姆答佇盘柸∽源?lián)穩壓器的調整管兩端, 它依據調整管兩端電壓變化來(lái)改變串聯(lián)穩壓器的輸入電壓，這樣保證了串聯(lián)穩壓器輸出大范圍變化時(shí), 通過(guò)前置調節電路調整串聯(lián)穩壓器輸入電壓， 保持調整管上的電壓不變,并將損耗限制在最小范圍內。 這種方式的寬調節電源實(shí)現了連續調節，最大的優(yōu)點(diǎn)是保持了串聯(lián)調節電源紋波小和穩定性高的特點(diǎn), 至今還有大量應用。 其缺點(diǎn)是很難省去工頻變壓器而使體積和重量偏大，適合應用性實(shí)驗室。

圖1 二級單控的電路拓撲

圖2 降壓—半橋電路

單級開(kāi)關(guān)電源實(shí)現寬調的限制
開(kāi)關(guān)電源廣泛應用以后, 人們自然會(huì )想到開(kāi)關(guān)電源是否可實(shí)現寬調節的目的。眾所周知，開(kāi)關(guān)電源大多是采用恒工作頻率，PWM方式工作，即一周期內控制功率管的導通比來(lái)實(shí)現調節，導通比為:d=t_on/(t_on+t_off)     (1)

 其中，ton和toff分別為一周中導通時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，d<1。
對于降壓開(kāi)關(guān)電路以及它演變的正激、半橋和全橋電路，其輸出均需應用LC濾波電路, 在理想條件下，輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系為:V_out=dV_in     (2)

Vout,Vin分別為輸出、輸入電壓, 從式(2)可以看出d實(shí)際上決定了輸出電壓和輸入電壓的比, 也反應了輸出和輸入可調范圍的能力。
在實(shí)際開(kāi)關(guān)電源的設計中, 因為要考慮到電網(wǎng)的變化、負載變化以及負載變化引起輸入直流電壓變化等, 在額定的情況下，d一般選擇在0.5~0.6；低輸入電壓、滿(mǎn)負載及輸出上調10%的情況下, d可能達到0.9；相反，高輸入電壓、空載，輸出電壓下調10%的情況下，d可能達到0.2~0.3。 考慮必需的工作死區,  d不能選擇過(guò)大,  d較小時(shí)工作時(shí)脈沖電流會(huì )增大。一般正激電路不可能達到輸出或輸入在很寬的范圍內調節, 通常在輸入電壓變化