开关型稳压电源基础知识
开关型稳压电源基础知识



7.6.1 开关型稳压电源的概述

前面所讨论的串联型反馈式稳压电源具有结构简单、调整方便、纹波小及输出电压稳定等优点，所以目前应用非常广泛。但也存在两个主要问题，第一个是：调整管总是工作在线性放大状态，管压降大，流过管子的电流也大，尤其当负载电流较大而输出电压较低时，调整管本身的功率损耗很大，因而效率仅为40%～60%，而且需要庞大的散热装置；第二个是电源变压器的工作频率为50Hz，频率低从而使得变压器体积和重量都很大。这两个个问题综合起来也就是要求降低功耗，提高效率，减小体积，减轻重量。

开型关稳压电源，其调整管工作在截止和饱和的交替的开关状态，当管子饱和导通时，虽然流过管子的电流较大，但管子的压降很小；当管子截止时，虽然管子的压降较大，但流过的电流很小，近似为零。所以管子本身的功耗很小。稳压管的功率损耗主要产生于开关状态转换的过程中，因而使其效率大大提高，达到70%～90%。由于调整管的功率损耗较小，导致散热器随之减小，甚至不用，同时，通常开关电源的工作频率为几十千赫兹至几百千赫兹，所使用的高频变压器比低频变压器体积大为减小。综上所述，我们发现开关型稳压电源很好地解决了前面所提到的两个问题。

开关型稳压电源因其具有效率高、体积小、重量轻和允许环境温度高等优点

7.6.2 开关稳压电源的基本结构

开关稳压电源主要由四大部分组成：输入回路、高频变换器、输出整流滤波器和控制电路组成，其具体结构框图如图7.21所示。图中输入信号一般是50Hz市电，由输入回路中的滤波器消除高频开关电源对电网的影响，经整流滤波电路转换成直流电压输入高频变换器。高频变换器把输入的直流电压转变为高频脉冲方波电压，该脉冲方波电压通过输出回路中的高频整流器和滤波器变成直流电压供给负载。控制电路的主要任务是稳定输出电压。该电路的具体工作原理将结合串联开关型稳压电源进行阐述。



7.6.3 串联开关型稳压电路工作原理

图7.22是三极管串联开关型稳压电路的原理图。在图中功率开关管串接于输入与输出端之间，输入电压、功率开关管和输出电压三者串联，故称串联型。



图中Ui是市电经输入回路的整流滤波电路的输出电压，它作为此开关稳压电路的输入电压，三角波发生器产生固定频率的三角波信号，控制调整管通断的信号来自比较器的输出电压uB，它是一个与三角电压波频率相同，占空比可变的脉冲电压信号，称之为脉冲调宽信号，用PWM表示。利用uB控制调整管将Ui变成断续的矩形波电压uE(UD)。当uB为高电压时，调整管T饱和导通，Ui经T加到二极管D的两端，电压uE近似等于Ui(忽略T的饱和压降)，此时，二极管承受反向电压而截止，负载中有电流Io流过，电感L储存能量，电容C充电，输出Uo逐渐升高；当uB为低电平时，T由导通变为截止，电感L产生自感电势，使二极管D导通，于是电感中储存的能量通过肖特基结构的高速开关二极管D向负载释放，RL中继续有电流通过，负载上有电压输出。因此，二极管D又称为续流二极管，此时uE等于－UD，UD为二极管的正向压降。随着电感储能的释放，iL逐渐减小，电容C开始放电，Uo也逐渐下降。

由此可见，虽然调整管处于开关工作状态，但由于二极管D的续流作用和LC的滤波作用，输出电压是比较平稳的，其波形如图7.23所示。图中ton是调整管的导通时间，toff是调整管的截止时间，T=ton+toff是开关转换周期。