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本文開(kāi)關(guān)電源工作原理是開(kāi)關(guān)電源工程師全力整理的原理分析,，以豐富的開(kāi)關(guān)電源案例分析,，介紹單端正激式開(kāi)關(guān)電源,、自激式開(kāi)關(guān)電源、推挽式開(kāi)關(guān)電源,、降壓式開(kāi)關(guān)電源,、升壓式開(kāi)關(guān)電源和反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源。隨著全球?qū)δ茉磫?wèn)題的重視,，電子產(chǎn)品的耗能問(wèn)題將愈來(lái)愈突出,，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)急待解決的問(wèn)題,。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、工作可靠，但它存在著效率低(只有40%~50%),、體積大,、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn),。為了提高效率,，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)85%以上,，穩(wěn)壓范圍寬,，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高,、不使用電源變壓器等特點(diǎn),，是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因?yàn)槿绱?，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中,，本文對(duì)各類開(kāi)關(guān)電源的工作原理作一闡述。 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中,，調(diào)寬式使用得較多,，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型,。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,。
調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度,，脈沖越寬,，其直流平均電壓值就越高，直流平均電壓為Ｕ,?？捎晒接?jì)算，即Uo=Um×T1/T,，式中Um為矩形脈沖最大電壓值,，T為矩形脈沖周期，T1為矩形脈沖寬度,。從上式可以看出,，當(dāng)Um與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比,。這樣,，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的,。開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理電路 
交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后,，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波,，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/span>控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器,，它主要由取樣器、比較器,、振蕩器,、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化,，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路,。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例,，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的,。單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè),。所謂的反激,，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，高頻變壓器Ｔ初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài),，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器Ｔ初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量,，通過(guò)次級(jí)繞組及VD1整流和電容Ｃ濾波后向負(fù)載輸出,。
 單端反激式開(kāi)關(guān)電源
單端反激式開(kāi)關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20～100Ｗ,，可以同時(shí)輸出不同的電壓,，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大,，外特性差,，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。單端反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍,，工作頻率在20～200kHz之間,。單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似,，但工作情形不同,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2也導(dǎo)通,，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感Ｌ儲(chǔ)存能量,；當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ通過(guò)續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。
單端正激式開(kāi)關(guān)電源 在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2,，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間,。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時(shí)間應(yīng)相等,，所以電路中脈沖的占空比不能大于50％,。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量,，所以輸出功率范圍大,，可輸出50～200Ｗ的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，體積也較大,，正因?yàn)檫@個(gè)原因，這種電路的實(shí)際應(yīng)用較少,。自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如下圖所示,。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開(kāi)關(guān)電源,，也是目前廣泛使用的基本電源之一。
自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 當(dāng)接入電源后在R1給開(kāi)關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流,，使VT1開(kāi)始導(dǎo)通,，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為正,，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓,，使VT1很快飽和。與此同時(shí),，感應(yīng)電壓給C1充電,，隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低,，致使VT1退出飽和區(qū),，Ic開(kāi)始減小，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為負(fù),、發(fā)射極為正的電壓,，使VT1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通,，高頻變壓器Ｔ初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載,。在VT1截止時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓,，直流供電輸人電壓又經(jīng)R1給C1反向充電,，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通,，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài),，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣,，由變壓器Ｔ的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需要的電壓,。自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路,。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài),，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源,，亦適用于小功率電源,。推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。它屬于雙端式變換電路,，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè),。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1和VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止,，在變壓器Ｔ次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓,，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/span>
推挽式開(kāi)關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管容易驅(qū)動(dòng),，主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大,，一般在100～500Ｗ范圍內(nèi),。降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，二極管VD1截止,，輸人的整流電壓經(jīng)VT1和Ｌ向Ｃ充電，這一電流使電感Ｌ中的儲(chǔ)能增加,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量,，維持輸出直流電壓不變,。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。 降壓式開(kāi)關(guān)電源
這種電路使用元件少,，它同下面介紹的另外兩種電路一樣,，只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn),。
升壓式開(kāi)關(guān)電源 升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如上圖所示,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，電感Ｌ儲(chǔ)存能量,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上,，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電,，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開(kāi)關(guān)電源,。反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。這種電路又稱為升降壓式開(kāi)關(guān)電源,。無(wú)論開(kāi)關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓,，電路均能正常工作。
反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，電感L儲(chǔ)存能量,，二極管VD1截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí),，電感Ｌ中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓,，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電,，同時(shí)給電容Ｃ充電,。以上介紹了脈沖寬度調(diào)制式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理和各種電路類型，在實(shí)際應(yīng)用中,，會(huì)有各種各樣的實(shí)際控制電路,，但無(wú)論怎樣，也都是在這些基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的,。
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