開關(guān)穩(wěn)壓電源工作基本知識

1、* *6.1開關(guān)穩(wěn)壓電源基本工作原理分析6.1.1開關(guān)穩(wěn)壓電源與串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源比較穩(wěn)壓電源是使用電子電路調(diào)整輸出電壓達到穩(wěn)定目的的電源，有串聯(lián)型穩(wěn) 壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源，開關(guān)電源也是穩(wěn)壓電源，但穩(wěn)壓電源 不能直接稱為開關(guān)電源。普通的串聯(lián)穩(wěn)壓電源都安裝電源變壓器，具有輸出電壓穩(wěn)定、波紋小等優(yōu)點，但是電壓范圍小，效率低。并聯(lián)穩(wěn)壓電源輸出電壓特別穩(wěn)定，但是負載能力很差，一般只在儀表內(nèi)部做基準用。開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率高，電壓范圍寬，輸出電壓相對穩(wěn)定，由于開關(guān)管工作 在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，所以開關(guān)電源的工作效率可達80%90%。而通常的線 性調(diào)整式穩(wěn)壓電源的效率僅達50%左右開關(guān)電源是近

2、代普遍推廣的穩(wěn)壓電源， 比如現(xiàn)在電腦的ATX電源、筆記本 電腦電源適配器、打印機電源、手機充電器等等。穩(wěn)壓電源是在負載功率變化時， 輸出電壓仍然保持固定的電壓值。 開關(guān)電源也是穩(wěn)壓電源，但穩(wěn)壓電源不能直接 稱為開關(guān)電源。項目串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源電源變壓器與脈工作頻率低、鐵芯、體積大、工作頻率咼、磁芯、體積小、沖變壓器重量重。重量輕。調(diào)整管與開關(guān)管工作頻率低、功耗大、效率工作頻率咼、功耗小、效率比較低。高。整流和濾波電路整流二極管反向耐壓低、濾整流二極管反向耐壓咼、濾* *比較波容量大。波容量小。電路復(fù)雜性綜合電路簡單。控制和保護電路復(fù)雜、工作比較原理復(fù)雜。6.1.2開關(guān)電源的分類1、

3、根據(jù)開關(guān)管在電路中的連接方式分類，可分為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源，并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和脈動變壓器耦合式開關(guān)電源。如圖6.1所示四種類型開關(guān)電源電路。（1）串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：開關(guān)管（或儲能電感）與負載采用串接方式連 接的一種電源電路。（2）并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：開關(guān)管（或儲能電感）與負載采用并接方式連接 的一種電源電路（3）脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電路電源是指：開關(guān)管與脈沖變壓器一次繞組 串聯(lián)后與整流電路并聯(lián)，負載電路與脈沖變壓器二次繞組并聯(lián)。2、根據(jù)開關(guān)管的激勵方式不同分類，開關(guān)電源可分為自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源和他 激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。（1）自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源是利用電源電路中的正

4、反饋電路來完成自激振蕩，啟 動電源。（2）他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路是專門設(shè)有一個振蕩器來啟動電源的* *3、根據(jù)使用的器件種類不同分類，可分為由分立元器件組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源和 由集成電路組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源4、根據(jù)穩(wěn)壓的控制方式不同分類，開關(guān)穩(wěn)壓電源可分為脈沖調(diào)寬式和脈沖調(diào)頻 式兩種（1）所謂脈沖調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：由相關(guān)電路對開關(guān)的脈沖寬度進行調(diào)制的一種穩(wěn)壓電路（2）所謂脈沖調(diào)頻式開關(guān)穩(wěn)壓電源是指：由相關(guān)電路對開關(guān)的脈沖頻率進行調(diào)制的一種穩(wěn)壓電路6.1.3串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路工作原理分析1.串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源是指開關(guān)管串聯(lián)在輸入電壓與負載電路之間的一種工作方式的電源電路。2.串聯(lián)式開關(guān)電源的

5、基本電路如圖16（a）所示。在該電路中，VT1為開關(guān)管，VD1為續(xù)流二極管，L為儲能電感，C為濾波電容，RL為負載電阻（b）并聯(lián)式開羔電源vnnT（C）單端歧激I所謂的成瀕.是簾當(dāng)開關(guān)管VH導(dǎo)適時整盃管處于 裁上狀態(tài)：立択級負載中無赳壓、尅謊當(dāng)開關(guān)管盯1截1吋，蹙流管VD丄魅丁導(dǎo)通伏總，此疔蠱級繞組電玨、電 流通過UD：整流管和電容匚濾疲潔向加載報岀。V I | 一LTVK（3）出豊式開關(guān)申源* *3.串聯(lián)式開關(guān)電源基本電路的工作原理VT1基極輸入正脈沖：開關(guān)管VT1正偏飽和導(dǎo)通，如圖16(b)所 示輸出的電壓ui一路加到續(xù)流二極管VD1的負極上，使其反偏截止； 另一路經(jīng)L、C、RL形成回路，

6、電流經(jīng)L對電容C進行充電，也對RL負 載供電。線圈自感電壓為左“+”右“-”，以阻礙電流的增大。VT1基極輸入負脈沖：開關(guān)管VT1反偏截止如圖16(C)所示，從而切 斷了輸入電壓ui向負載供電的通路。但由于電感中的電流不會突變，在電感 中會感應(yīng)出右“+”正、左“-”負的電壓。該電壓就會使續(xù)流二極管正偏導(dǎo) 通，儲存在電感L中的能量就會通過VD1導(dǎo)通的二極管繼續(xù)向電容C充電， 同時也為負載提供工作電流，以維持負載電流的連續(xù)性。電路要求電容耐壓值 高，一般不小與輸入電源2倍。圖1-7是電路圖16中幾個關(guān)鍵點的電壓和電流波形。圖1-7、A、B、CUiVD1 XC二二De-Cr OVD1 - * T-

7、+cl JL+ cn譏R續(xù)就二極管1導(dǎo)通16 Ch) El 愉和導(dǎo)憫時等強電路1-6 Ca)串聯(lián)式開關(guān)歸源曲路開黃閉合KcLi iL開黃斷JTRfillb (C) iiikBi 卄捕爭建審 ift* *圖分別是控制開關(guān)K的占空比D等于0.5、 0.5、 0.5* *圖1-7、A、B、C-a)圖1-4-a)分別為控制開關(guān)K輸出電壓uo的波形;圖1-7、A、B、C-b)圖分別為儲能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-7、A、B、C-c)圖分別為流過儲能電感L電流iL的波形。電壓波形小結(jié):輸出電壓Uo就小。當(dāng)占空比等于0.5時，電源輸出電壓為脈沖電壓的平均值， 且電壓較穩(wěn)定。4串聯(lián)式開關(guān)電源電路分析做

8、幾點說明(1)由于輸入電壓沒有隔離電路，所以整個電路是帶電的，稱為熱地板，在 調(diào)試和修理時要注意安全。(2)由于開關(guān)管與負載串聯(lián)，因此對開關(guān)管的反向耐壓要求不高。(3)串聯(lián)式開關(guān)電源基本電路只能輸出一個直流電壓，而且輸出電壓低于 輸入電壓。6.1.4并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路原理分析(1)并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電是指開關(guān)管與輸入電壓及負載并聯(lián)的一種工作方式的電源電路4占空比D *0.EfnTTI i i I計M2uc 1L打冷JJ*1z；一 U4J4-UU4- 卜亍:卄廠+r:卜-t1i *i ! i *1*1i!it * t * 1i ! *z 門 Mx：心11ifUik LU*J_ *n占主比0.5-1 “

9、 -1_i11 | 1II*II1 |tiRhy|I III I 4) )|IIZ1丄 11I1 iTi r r T i i * i i I ti i11 j-I-!-? 扌一4 *=J薩i 弋聲iii1iriiiiii-ilXJ占空比大電源輸出電壓Uo大，但電壓波動也大；相反，占空比小電源Eft J* *(2)并聯(lián)式開關(guān)電源的基本電路如圖18所示。在該電路中，L為儲能電感，VD1為脈沖整流二極管，C為濾波電容，RL為負載電路(3)并聯(lián)式開關(guān)電源基本電路的工作原理VT1基極輸入正脈沖：開關(guān)管VT1正偏導(dǎo)通，脈沖整流二極管VD1反偏截止。負載RL上電壓、電流由此前電容C上所充的電壓提供。此時電容

10、C起著對負載續(xù)流(Ic1)的作用，電容C稱之為續(xù)流電容。如圖19(a)所示。圖 19 并聯(lián)式開關(guān)電路工作等披圖VT1基極輸入負脈沖：開關(guān)管VT1反偏截止，切斷了電感L對地回路 的電流，由于電感中電流不會突變，在電感上會感應(yīng)出上負下正的感應(yīng)電 壓，該電壓與電源電壓之和會使VD1整流二極管處于正偏導(dǎo)通。并向電 容C充電，且對負載供電，此時Id=lc2+lo。LiVD1Uo截止斷開+C二J L縝腕電容-iIdT續(xù)濟電流1-1VD1W一劌IdV.tI曲丄正倔；vrfW tjToff務(wù)ToM-注t_9T一圖（HO調(diào)頻式瞅沖被形示意圖* *1、充電器電路原理圖如圖1.1所示：電路是由2只晶體管和開關(guān)變壓器

11、To8組成。特點：晶體開關(guān)管Q1與脈沖變壓器T1初級構(gòu)成間歇自激振蕩器，穩(wěn)壓電路由 反饋線圈N2、VD6、ZD1、C3構(gòu)成。二次整流輸出電路中的開關(guān)變壓器屬于反激式，即開關(guān)管截止時脈沖變壓器次級有電壓輸出。Q2、D5、R4構(gòu)成具有過流保護電路。2、充電器電路主要器件介紹：1.開關(guān)管：13001為開關(guān)管，耐壓為400V，集電極最大電流1.5A，最大集 電極功耗為14W，用來控制初級繞組與電源之間的通、斷。當(dāng)初級繞組不停的 通斷時，就會在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場， 從而在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。2.開關(guān)變壓器：變壓器也必須使用高頻開關(guān)變壓器， 鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯， 具有高的電阻率，以減小渦

12、流。 按圖中標明繞組的同名端，可判斷該電路是單 端反激式電源電路。即開關(guān)管導(dǎo)通時，次級繞組中的整流二極管卻是截止斷開，負載兩端沒有電壓和電流流過；當(dāng)開關(guān)管截止時，次級繞組中的整流二極管處于 正偏電壓導(dǎo)通，負載兩端有電壓并有電流。3.開關(guān)變壓器次級中的整流二極管D7：1N4397資料：1N4937 Series 600 V1 A 150 ns Through Hole Fast Rectifier - DO-41。二極管1N4937是一個快速回復(fù)管，通斷時間為150nS（納秒）。因為開關(guān)電源 的工作頻率較高， 所以需要工作頻率較高的二極管。 這里可以用常見的1N5816、1N5817等肖特基二極

13、管代替。 那么整流二極管1N4007能不能代替1N4937?* *回答：不能，1N4937是快速恢復(fù)二極管，TRR為150nS，而1N4007是普通低頻整流二極管，速度差太多。要想更換1N4937，可用UF4007來替換。4. HD3582D產(chǎn) 品描述：DIP8腳位圖說明圖支持座式充電器模式；支持普通三燈模式及二燈模式、七彩燈模式；自動識別電池極性；充電飽和電壓4.25V（典型值）；空載時穩(wěn)壓輸出；短路保護功能；極少的外圍器件；內(nèi)置基準源。GND與襯底同電位* *表1 DIP8引腳圖說明表骨口 序號名稱DIP8腳位圖描述1BTN接電池負極2L3L3充電指示燈L3引腳3L2飽和指示燈L2引腳（二

14、燈模式兼充電指示燈）4L1電源指示燈L1引腳5SEL功能選擇，接VDD為3燈和2燈模式，接GND為七 彩模式.6GND電源負極（地端）7BTP接電池正極8VDD功率電源止極X0W8M0脈神交壓匪棗址充尅摘示電路75XK35B2D12 3cS6) HD358ZDJ|W* *、充電器電路工作原理分析1.整流濾波電路由市電220V交流輸入，一端經(jīng)過一個1N4007半波整流，另一端經(jīng)過 一個1歐的電阻后，由4.7uF/400V電容濾波。這個1歐的電阻不僅用來做保護 的，而且用來區(qū)分市電與輸入電路熱地“參考點”，我們測量三極管各引腳交流 電壓時，都是以“參考點”做地進行測量的；如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流

15、，那 么這個電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。2.開關(guān)自激振蕩電路* *供導(dǎo)通電壓，于是開關(guān)管VT1導(dǎo)通，初級繞組由于VT1集電極電流流過，產(chǎn)生上正下負的感應(yīng)電壓，該電壓在反饋線圈L2感應(yīng)的電壓經(jīng)R2、C4反饋到開關(guān)管 基極，形成正反饋。開關(guān)管VT1迅速進入飽和區(qū)導(dǎo)通。當(dāng)VT1飽和導(dǎo)通時，其集電極電流保持不變，To8初級繞組上的感應(yīng)電壓消失，正反饋停止，VT1很快退出飽和狀態(tài)，進入放大狀態(tài)。此時，開關(guān)管VT1集電極電流瞬間減小，因初級繞組上的電流不能突變，故次級繞組感應(yīng)很強反向電壓，使開關(guān)管反進入自激開關(guān)電源振蕩電路約280V直流不穩(wěn)定電壓分成兩路：一路經(jīng)開關(guān)變器To1的、初級繞組加到開關(guān)

16、管VT1的集電極；另一路經(jīng)R1給VT1基極rai.z 自激式卄關(guān)電贈* *偏而截止。當(dāng)開關(guān)管VT1截止后，To8初級繞組無電流流過， 感應(yīng)電壓消失，電源又通過R1給開關(guān)管VT1基極供電，使開關(guān)管重新進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)上述過程周而復(fù)始，便形成了自激開關(guān)過程。3.過流保護電路工作原理R4、D5及三極管Q2構(gòu)成了過流保護電路，R4是過流保護的取樣電阻。上端的R2:2.2MQ為啟動電阻，給開關(guān)管提供啟動用的基極電流。13001的射 極串接10Q電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓（其值為10Ie），這電 壓經(jīng)二極管1N4148后，加至三極管S8050的基極上。當(dāng)取樣電壓大約大于1.4V，即開關(guān)管電流

17、大于0.14A時，三極管S8050導(dǎo)通，從而將開關(guān)管13003的基極電壓拉低，基極電流減小從而使集電極電流也減小，這樣就控制了開關(guān)的 電流，防止電流過大而燒毀（其實這是一個恒流結(jié)構(gòu)，將開關(guān)管的最大電流限制 在140mA左右）。4.電源穩(wěn)壓電路工作原理電源穩(wěn)壓電路是由反饋線圈L2、整流濾波電路中D6、C3及穩(wěn)壓二極管ZD1組成。在變壓器左下方的繞組（取樣繞組3、4端）的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極 管D6:1N4148整流，22uF電容濾波后形成取樣電壓。因三極管S8050發(fā)射極一端接地。那么這取樣電壓就是負的（-4V左右），并且輸出電壓越高 時，采樣電壓越負。取樣電壓經(jīng)過6.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開關(guān)管13001的基極。前面說了，當(dāng)輸出電壓越高時，那么取樣電壓就越負，當(dāng)負到一定* *程度后，6.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關(guān)13001的基極電位拉低，這 將導(dǎo)致開關(guān)管斷開或者推遲開關(guān)的導(dǎo)通（即開關(guān)管Q1輸出脈沖波形的占空比D（D=T1/T）的系數(shù)，輸出脈沖波形平均電壓Uo=UmT1/T），從而控制了 輸出電壓的升高，實現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。若要改變輸出電壓大小，只要更 換不同穩(wěn)壓值大小的ZD1即可。穩(wěn)壓值越小，輸出電壓越低，反之則越高。5.電源輸出