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一、開關穩(wěn)壓電源的基本工作原理
開關穩(wěn)壓電源有兩種控制寬度調制和頻率調制。在實際應用中，寬度調制的應用非常廣泛，目前開發(fā)和使用的開關電源集成電路大多也是脈寬調制。因此，下面主要介紹寬度調制開關穩(wěn)壓電源。
調寬開關電源的基本原理見下圖。
對于單極矩形脈沖，其dc平均電壓uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其dc平均電壓值越高。平均dc電壓u .可以通過公式計算，
即uo = um× t1/t。
其中um為矩形脈沖的最大電壓值；t是矩形脈沖周期；t1是矩形脈沖寬度。
從上面的公式可以看出，當um和t恒定時，平均dc電壓uo將與脈沖寬度t1成比例。這樣，只要隨著穩(wěn)壓電源輸出電壓的增加，盡量縮小脈寬，就可以達到穩(wěn)壓的目的。
二、開關穩(wěn)壓電源的原理電路
1、基本電路
圖2開關電源基本電路框圖
開關穩(wěn)壓電源的基本電路框圖如圖2所示。
交流電壓經整流電路和濾波電路整流濾波后，成為具有一定脈動成分的dc電壓。該電壓在高頻轉換器中被轉換成具有所需電壓值的方波，最后該方波電壓被整流和濾波成所需的dc電壓。
控制電路為脈寬調制器，主要由采樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制和參考電壓組成。目前這部分電路已經集成，制成各種開關電源的集成電路?？刂齐娐酚糜谡{節(jié)高頻開關元件的開關時間比，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
2.單端反激式開關電源
單端反激式開關電源的典型電路如圖3所示。所謂單端電路，就是高頻變換器的磁芯只工作在磁滯回線的一側。所謂反激就是當開關管vt1導通時，高頻變壓器t的初級繞組感應電壓上正下負，整流二極管vd1關斷，將能量儲存在初級繞組中。當開關管vt1關斷時，儲存在變壓器t初級繞組中的能量被次級繞組和vd1整流，并被電容c濾波，然后輸出到負載。
單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路。輸出功率20100 w，可同時輸出不同電壓，調壓率好。唯一的缺點是輸出紋波電壓大，外特性差，適合相對固定的負載。
單端反激式開關電源中使用的開關管vt1的最大反向電壓是電路工作電壓的兩倍，工作頻率在20200khz之間。
3.單端正向開關電源
單端正激式開關電源的典型電路如圖4所示。該電路的形式為電路類似于單端反激電路，但工作情況不同。當開關管vt1導通時，vd2也
導通，電網向負載輸送能量，濾波電感l(wèi)儲能；當開關管vt1關斷時，電感l(wèi)繼續(xù)通過續(xù)流二極管vd3向負載釋放能量。
電路中還設置了箝位線圈和二極管vd2，可以將開關管vt1的最大電壓限制在電源電壓的兩倍。為了滿足磁芯復位條件，即磁通量建立和
復位時間應該相等，因此電路中脈沖的占空比不應大于50%。由于該電路在開關管vt1開通時通過變壓器向負載輸送能量，所以輸出功率范圍大，可以輸出50200 w的功率。電路中使用的變壓器結構復雜，體積大。正因如此，這種電路的實際應用較少。
4.自勵開關穩(wěn)壓電源
自激式開關電源的典型電路如圖5所示。這是一種由間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。
接通電源時，啟動電流提供給r1的開關管vt1，使vt1開始導通，其集電極電流ic在l1線性增加。在l2，感應出一個正反饋電壓，使vt1基極極正，發(fā)射極負，使vt1很快飽和。同時，感應電壓給c1充電。隨著c1充電電壓的升高，vt1的基極電位逐漸降低，導致vt1退出飽和區(qū)，ic開始降低。在l2，感應出一個使vt1基極為負極而發(fā)射出正極的電壓，使vt1迅速關斷。此時，二極管vd1導通，高頻變壓器t的初級繞組中儲存的能量釋放給負載。vt1關斷時，l2沒有感應電壓，dc電源輸入電壓通過r1反向給c1充電，使vt1的基極電位逐漸升高，使其再次導通，再次翻轉達到飽和狀態(tài)，如此反復振蕩電路。這里，就像單端反激式開關電源一樣，變壓器t的次級繞組向負載輸出所需的電壓。
自勵開關電源中的開關管起著開關和振蕩的雙重作用，也省去了控制電路。由于電路中的負載位于變壓器的次級，工作在反激狀態(tài)，所以具有輸入和輸出相互隔離的優(yōu)點。該電路不僅適用于高電源，也適用于低電源。
5.推挽式開關電源
推挽式開關電源的典型電路如圖6所示。屬于雙端轉換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。該電路采用兩個開關管vt1和vt2，在外部激勵方波信號的控制下交替導通和關斷，在變壓器t的二次系統(tǒng)中得到方波電壓，經過整流和濾波轉換成所需的dc電壓。
這種電路的優(yōu)點是兩個開關容易驅動，主要缺點是開關的耐壓要達到電路峰值電壓的兩倍。電路輸出功率大，一般在100500 w范圍內。
6.降壓開關電源
降壓開關關閉電源的典型電路如圖7所示。當開關管vt1導通時，二極管vd1關斷，輸入整流電壓通過vt1和l充電到c，這個電流增加了電感l(wèi)中的儲能，當開關管vt1關斷時，電感l(wèi)感應出負的左電壓和正的右電壓，電感l(wèi)中存儲的能量通過負載r l和續(xù)流二極管vd1釋放出來，保持輸出dc電壓不變。電路的輸出dc電壓由施加到vt1基極的脈沖寬度決定。
該電路使用的元件很少。與下面描述的其他兩個電路一樣，它只能通過使用電感、電容和二極管來實現(xiàn)。
7.升壓開關電源
升壓開關電源的穩(wěn)壓電路如圖8所示。當開關管vt1導通時，電感l(wèi)儲存能量。當開關管vt1關斷時，電感l(wèi)感應出負的左電壓和正的右電壓，疊加在輸入電壓上，通過二極管vd1給負載供電，使輸出電壓大于輸入電壓，形成升壓開關電源。
8.反向開關電源
逆變器開關電源的典型電路如圖9所示。這個電路也叫降壓升壓開關電源。無論開關管vt1前的脈動dc電壓高于還是低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路都能正常工作。
當開關管vt1導通時，電感l(wèi)儲能，二極管vd1關斷，負載r l由電容c的最后一次充電供電..當開關管vt1關斷時，電感l(wèi)中的電流繼續(xù)流動，感應出負電壓，通過二極管vd1向負載供電，并對電容c充電..
以上介紹了脈寬調制開關電源的基本工作原理和各種電路類型。在實際應用中，會有各種各樣的實際控制電路，但無論如何，都是在這些基礎上發(fā)展起來的。
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