開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源實(shí)用教案

1、10.5.1 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓(wn y)電路的工作原理 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖10.2310.23的電路加以說(shuō)明的電路加以說(shuō)明(shumng)(shumng)。它由調(diào)整管、。它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。圖圖10.23 10.23 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)(kigun)(kigun)型穩(wěn)壓電源原理圖型穩(wěn)壓電源原理圖第1頁(yè)/共14頁(yè)第一頁(yè)，共15頁(yè)。 三角波發(fā)生器通過(guò)比較器產(chǎn)生一個(gè)方波三角波發(fā)生器通過(guò)比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vBvB，去控制調(diào)整，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充

2、電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路(tngl)(tngl)。續(xù)流二極。續(xù)流二極管管D D即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。 根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出(shch)(shch)時(shí)，比較器輸出時(shí)，比較器輸出(shch)(shch)高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為tonton；反之輸出；反之輸出(shch)(shch)為低電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截為低電平，對(duì)

3、應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間止時(shí)間tofftoff。 輸出輸出(shch)(shch)波形中電位水平高于高電波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對(duì)方波而言，相平最小值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波存在的部分。當(dāng)方波存在的部分。 輸出波形中電位水平低于低輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對(duì)方波而言，電平最大值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分。相當(dāng)方波不存在的部分。 為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出增加，比較放

4、大器的輸出Vf減小，比較器減小，比較器方波輸出的方波輸出的toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。降。起到了穩(wěn)壓作用。第2頁(yè)/共14頁(yè)第二頁(yè)，共15頁(yè)。 各點(diǎn)波形見(jiàn)圖各點(diǎn)波形見(jiàn)圖10.2410.24。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波(lb)(lb)電感的存在，使輸電感的存在，使輸出電流出電流iLiL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。 圖圖10.24 開(kāi)關(guān)電源波形圖開(kāi)關(guān)電源波形圖 分析見(jiàn)下頁(yè)分析見(jiàn)下頁(yè)第3頁(yè)/共14頁(yè)第三頁(yè)，共15頁(yè)。qVTt

5、VtVVTtVTtvTtvTVTttIonIonCESIoffDE0EO)(1+)(1d1d1=11 可以通過(guò)改變比較器輸出方波的寬度（占空比）可以通過(guò)改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來(lái)控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖來(lái)控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖(michng)(michng)寬度調(diào)制寬度調(diào)制(PWM)(PWM)。q q稱為稱為(chn (chn wi)wi)占空比占空比 方波高電平的方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。期的百分比。在輸入電壓一定在輸入電壓一定(ydng)(ydng)時(shí)，時(shí)， 輸出電壓與占空比成正比。輸出電壓與占空比成正比。 忽略電感的直流電阻，輸出

6、電壓忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為即為vE的平均分量。的平均分量。于是有于是有第4頁(yè)/共14頁(yè)第四頁(yè)，共15頁(yè)。1調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低， 電源效率大為提高；電源效率大為提高；2調(diào)整管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，調(diào)整管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出， 必須在輸出端加濾波器；必須在輸出端加濾波器；3可通過(guò)脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；可通過(guò)脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4在許多場(chǎng)合在許多場(chǎng)合(chng h)可以省去電源變壓器；可以省去電源變壓器；5由于開(kāi)關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體由于開(kāi)關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感

7、的體 積可大大減小。積可大大減小。由以上分析由以上分析(fnx)可以得出如下結(jié)可以得出如下結(jié)論：論：第5頁(yè)/共14頁(yè)第五頁(yè)，共15頁(yè)。10.5.2 集成(j chn)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器典型典型(dinxng)的開(kāi)關(guān)電源控制器和開(kāi)關(guān)電源見(jiàn)下表的開(kāi)關(guān)電源控制器和開(kāi)關(guān)電源見(jiàn)下表 型號(hào)型號(hào)(xngho) (xngho) 電源范圍電源范圍/V /V 最大輸出電流最大輸出電流 /A /A 內(nèi)部參考源內(nèi)部參考源 /V /V 輸出輸出級(jí)形式級(jí)形式 TL494 7 TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或單端推挽或單端 SG3524 8 SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽 S

8、G3525 8 SG3525 835 0.5 5 35 0.5 5 推挽推挽 LM2575 3.5 LM2575 3.535 1 1.23 _ 35 1 1.23 _ 表中前三個(gè)是開(kāi)關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。表中前三個(gè)是開(kāi)關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場(chǎng)合。經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場(chǎng)合。 集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型一般有兩大類型。一類是包括。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的調(diào)整管在內(nèi)的集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器; ;另另一類稱為一類稱為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源控

9、制器控制器，它不包括調(diào)整管。，它不包括調(diào)整管。(1)(1)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源概述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源概述第6頁(yè)/共14頁(yè)第六頁(yè)，共15頁(yè)。 利用開(kāi)關(guān)電源控制器可以方便利用開(kāi)關(guān)電源控制器可以方便(fngbin)地構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源。地構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源。 SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖的開(kāi)關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖10.25所示。所示。 (2)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)(kigun)穩(wěn)壓電源控制器穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖圖10.25 SG3524的內(nèi)部方框圖的內(nèi)部方框圖 它的內(nèi)部包括誤它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩環(huán)節(jié)、比較器、振

10、蕩器、觸發(fā)器、輸出器、觸發(fā)器、輸出(shch)邏輯控制電邏輯控制電路和輸出路和輸出(shch)三三極管等環(huán)節(jié)。極管等環(huán)節(jié)。第7頁(yè)/共14頁(yè)第七頁(yè)，共15頁(yè)。 SG3524構(gòu)成構(gòu)成(guchng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖路如圖10.26所示。所示。圖圖10.26 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用(yngyng)電路電路第8頁(yè)/共14頁(yè)第八頁(yè)，共15頁(yè)。 3524從從11和和14腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開(kāi)的兩路控制信號(hào)，其開(kāi)關(guān)頻率由腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開(kāi)的兩路控制信號(hào)，其開(kāi)關(guān)頻率由6和和7腳外腳外接的接的RT和和CT決定。決定。1和和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，腳是內(nèi)部運(yùn)算放大

11、器的輸入端，R1和和R2構(gòu)成反饋回路。構(gòu)成反饋回路。16腳腳是基準(zhǔn)源，由是基準(zhǔn)源，由R3和和R4給誤差給誤差(wch)運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號(hào)比較的給定電壓。運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號(hào)比較的給定電壓。 V3和和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。平。 V3和和V4的輸出由的輸出由V2、CP、Q或或Q決定。因決定。因Q和和Q只能有一個(gè)是高電平，只能有一個(gè)是高電平，T2和和T1不可能同時(shí)導(dǎo)通。不可能同時(shí)導(dǎo)通。 T1和和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。第9頁(yè)/共1

12、4頁(yè)第九頁(yè)，共15頁(yè)。SG3524電路控制過(guò)程電路控制過(guò)程(guchng)的波形如圖的波形如圖10.27所示。所示。 圖圖10.27 SG3524的波形圖的波形圖 鋸齒波由振蕩器提供，鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。 V2是比是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)T 觸發(fā)器，觸發(fā)器，CP、Q和和V2 的或非是的或非是V3，決定，決定T1的通的通斷。斷。CP、Q和和V2 的或非是的或非是V4，決定，決定T2的通斷。由于的通斷。由于Q和和Q等寬，加上等寬，加上V2的存在，所以的存在，所以V3和

13、和V4這兩路信號(hào)之間有一定的死區(qū)，以保證這兩路信號(hào)之間有一定的死區(qū)，以保證T1和和T2 管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。第10頁(yè)/共14頁(yè)第十頁(yè)，共15頁(yè)。 當(dāng)當(dāng)V1降低降低(jingd)時(shí)，時(shí)， V2加寬，加寬， T1和和T2的寬度變窄，導(dǎo)通時(shí)間減小。反之，當(dāng)?shù)膶挾茸冋瑢?dǎo)通時(shí)間減小。反之，當(dāng)V1增加時(shí)，增加時(shí)， T1和和T2 的導(dǎo)通時(shí)間增加。的導(dǎo)通時(shí)間增加。第11頁(yè)/共14頁(yè)第十一頁(yè)，共15頁(yè)。圖圖16.16 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路 設(shè)負(fù)載電流設(shè)負(fù)載電流(dinli)加大，加大，VO下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出V1增加，增加，

14、T1和和T2的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓VO增加。增加。 (3) SG3524構(gòu)成構(gòu)成(guchng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 現(xiàn)在來(lái)討論現(xiàn)在來(lái)討論3524構(gòu)成構(gòu)成(guchng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。圖圖10.25 SG3524的內(nèi)部方框圖的內(nèi)部方框圖反之，當(dāng)反之，當(dāng)VO增加時(shí)，增加時(shí)，反饋電壓增加，反饋電壓增加， V輸出減小，輸出減小， T1和和T2的導(dǎo)通時(shí)間減小，的導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓輸出電壓VO 減小。減小。第12頁(yè)/共14頁(yè)第十二頁(yè)，共15頁(yè)。 SG3524的的10腳也有保護(hù)功能，當(dāng)腳也有保護(hù)功能，當(dāng)10腳加高電平時(shí)，可以強(qiáng)迫腳

15、加高電平時(shí)，可以強(qiáng)迫(qing p)V1下降，下降， T1和和T2關(guān)斷。關(guān)斷。10腳與腳與4腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。 當(dāng)三極管的電流過(guò)大時(shí)，電阻當(dāng)三極管的電流過(guò)大時(shí)，電阻R9上的壓降增加上的壓降增加(zngji)到使限流運(yùn)算放大器的輸出為低，即到使限流運(yùn)算放大器的輸出為低，即V1在大大下降，在大大下降， 使使T1和和T2 關(guān)斷。關(guān)斷。 由于由于SG3524可在較高的頻率下工作，可在較高的頻率下工作，T1和和T2 應(yīng)選用高頻開(kāi)關(guān)管。變壓器應(yīng)采應(yīng)選用高頻開(kāi)關(guān)管。變壓器應(yīng)采用高頻變壓器，濾波電感和濾波電容用高頻變壓器，濾波電感和濾波電容(dinrng)都可以選用較小的數(shù)值。都可以選用較小的數(shù)值。第13頁(yè)/共14頁(yè)