开关电源：单管自激,反激,推挽,半桥,全桥

1、开关电源：单管自激，反激，推挽，半桥，全桥开关电源：单管自激，反激，推挽，半桥，全桥 单端正激式开关电源单端正激式开关电源 正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正被直流电压激励 时，变压器的次级线圈正好有功率输出。它是在 BUCK 电路的开关管 Q 与续 流二极管 D 之间加入单端变压隔离器而得到的。它具有以下优点： 1) 正激变换器利用高频变压器的一次侧、二次侧绕组隔离的特点，可以方 便的实现交流电网和直流输出之间的隔离。 2) 正激变换器电路简单，成本很低，能方便的实现多路输出。 3) 正激变换器只有一个开关管，只需一组驱动脉冲；其对控制电路的要求 比双端变换器低。 图 2.4 单端正激式开关电源 单端反激式开关电源单端反激式开关电源 反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励 时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的 激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式 开关电源。反激式开关电源是在反极性（BuckBoost）变换器的基础上演 变而来的，它具有以下优点： 比正激式开关电源少用一个大储能滤波电感及一

2、个续流二极管，因此，体积 比正激式开关电源的要小，且成本也要低。 图 2.5 单端反激式开关电源 推挽式开关电源推挽式开关电源 在双激式变压器开关电源中，推挽式开关电源是最常用的开关稳压电 源。由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关 S1 和 S2 轮流交替工作， 其输出电压波形非常对称，而且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供 功率输出，它在输入电压很低的情况下，仍能维持很大的功率输出，所以推 挽式变压器开关电源被广泛应用于 DC/AC 逆变器，或 DC/DC 变换电路中。它 具有以下优点：功率开关器件的发射极是共地的，所以无须隔离基极驱动电 路；推挽式开关电源变压器的漏感及铜阻损耗很小，因此其工作效率很高。 图 2.6 推挽式开关电源 半桥式开关电源半桥式开关电源 半桥式变压器开关电源属于双激式变压器开关电源，从原理上来说，半 桥式变压器开关电源也属于推挽式变压器开关电源，它是多种推挽式变压器 开关电源家庭成员之一。在半桥式变压器开关电源中，也是两个控制开关管 S1 和 S2 轮流交替工作，开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输 出，因此，其输出电流瞬间响应速度很高，电压

3、输出特性也很好。由于半桥 式变压器开关电源的两个开关器件工作电压只有输入电压的一半，截止开关 管极间承受的电压低；抗不平衡能力强，因此，半桥式变压器开关电源比较 适用于工作电压比较高的场合。 图 2.7 半桥式开关电源 全桥开关电源全桥开关电源 全桥式变压器开关电源也属于双激式变压器开关电源。它同时具有推挽 式变压器开关电源电压利用率高，又具有半桥式变压器开关电源耐压高的特 点。因此，全桥式变压器开关电源经常用于电压高，输出功率大的场合。全 桥式变压器开关电源工作原理图如下。图中，K1、K2、K3、K4 是 4 个控制开 关管；开关管 K1 和 K4，K2 和 K3 同时开通和关断，两对开关管以 PWM 方式 交替的开通和关断。它具有以下优点：对 4 个开关器件的耐压要求比推挽式 对 2 个开关器件的耐压要求可以降低一半；全桥式开关电源的输出功率要比 推挽式开关电源的输出功率大很多且其变压器的初级线圈只需要一个绕组。 图 2.9 全桥开关电源 L N G SCK054 IN 110VAC 1.9A S-100-24 MWMW RT 3A250V FS C1 0.1 630V 1/2W

4、580k R13 TF-096 C2 C3 L1 222M 2kV x2 外壳/大地 2NR1 TNR 15G471K u C4 0.1 630V BD1 D3S B-60 -0.5 + C5 220u 200V + C6 C28 200V 110V 220V SW + o - T1 C7 1.0K 250V R1 R2 150k 1/2W Q1 150k 1/2W R3 2SC2625 Q2 2SC2625 100R 2W C8 102 1kV D5 FR155 103 1kV 220u D6 FR155 R32 L2 +V COM COM +V D18 FMX 12S 22R1/2W R33 22R1/2W C20 102 1kV C21 102 1kV 100V C23 470u 35V x5 TF-09 103 + C22 + + + + 1k 2W C25C242NR2C26 R37 4.3k LED1 R6 15R D7 T028 + C10 4.7u50V R5 3.9k R7 2.2R1/2W R39R4 150kx2 R10 15R D8 T028 + C114.7u

5、50V R9 3.9k R11 2.2R1/2W R40R8 150kx2 T2 TF-020 IC1 1 1 IN+ 3 F EEDBACK 2 1 IN-2IN- 15 2IN+ 16 REF 14 4 D TC OUTPUT TL494CN 5 C T 7 G ND 6 R TC2 11 Vcc 12 E2 10 8 C 1E1 9 CT RL 1 3 Q3 C1815 Q4 C1815 + C13 50V 4.7u D15 D16 1N4148x2 D14 1N4752 D13 1N4752 R19 3.9k R18 1.5k R17 3.9k R16 1.5k R20 22k C14 102 R31 22k C19 103 R29 681 R30 22k VR 1k C15 222 +V ADJ C27 222 R38 10k C30 103 R22 47k C16 103 R24 5.6k R23 5.6k R25 120k +C17 1u50V R21 12k + C18 22u50V D17 R26 5.6k Q5 C1815 R28 15k R27 1.5k R35

6、100k R35 100k + C15 47u50V D9 FR104x2 D10 Vcc 1N4148 R12 1.5k IN 220VAC 0.8A OUT 24VDC 4.5A HW.79 94V-0 S-100N-R5 2000-11-21 TL494 管脚功能及参数 1 脚为内部 1#误差放大器的同向输入端 IN1+。 2 脚为 内部 1#误差放大器的反向输入端 IN1。 3 脚为误差放大器 A1、A2输出端。集成电路内部用于控制 PWM 比较器的同相输入， 当 A1、A2任一输出电压升高时，控制 PWM 比较器的输出脉宽减小。同时，该输出端还引 出端外，以便与 2、15 脚间接入 RC 频率校正电路和直流负反馈电路，稳定误差放大器的增 益以及防止其高频自激。3 脚电压反比于输出脉宽，也可利用该端功能实现高电平保护。 4 脚为死区时间控制端。当外加 1V 以下的电压时，死区时间与外加电压成正比。如果 电压超过 1V，内部比较器将关断触发器的输出脉冲，起到保护作用。 5 脚为锯齿波振荡器外接定时电容端。 6 脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端。 7 脚为共地端。 8、11 脚为两路

7、驱动放大器 NPN 管的集电极开路输出端。当通过外接负载电阻引出输 出脉冲时，为两路时序不同的倒相输出，脉冲极性为负极性，适合驱动 P 型双极型开关管 或 P 沟道 MOS FET 管。此时两管发射极接共地。 9、10 脚为两路驱动放大器的发射极开路输出端，也是对应的脉冲参考地端。 12 脚为 Vcc、输入端。供电范围适应 840V。 13 脚为输出模式控制端。 外接 5V 高电平时为双端图腾柱式输出， 用以驱动各种推挽开 关电路。接地时为两路同相位驱动脉冲输出，8、11 脚和 9、10 脚可直接并联。双端输出时 最大驱动电流为 2200mA，并联运用时最大驱动电流为 400mA。 14 脚为内部基准电压精密稳压电路端。输出 5V0.25V 的基准电压，最大负载电流为 10mA。用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。 15 脚为内部 2#误差放大器的反向输入端 IN2-。 16 脚为内部 2#误差放大器的同向输入端 IN2+。 RT取值范围 1.8500k，CT取值范围 4700pF10F，最高振荡频率 fOSC300KHz。 TL494 在工作时， 通过 5、 6 脚分别接定时元

8、件 CT和 RT。 经相应的门电路去控制 TL494 内部的两个驱动三极管交替导通和截止，通过 8 脚和 11 脚向外输出相位相差 180的脉宽调 制控制脉冲。工作波形如图 3-3 所示。TL494 若将 13 脚与 14 脚相连可形成推挽式工作； 若将 13 脚与 7 脚相连可形成单端输出方式。为增大输出可将 2 个三极管并联7。 电路启动过程分析：电路启动过程分析： 当接通电源后，由滤波电容器 C5 上的 150V 电压的正端输出电流，通过启动电阻 R12、 R15 分压给 V3 注入一个基极电流，这时 V3 流入的集电极电流通过发射极，又通过驱动变 压器 T1 中的 W3（T1 中间的那段绕组）电流由上往下流，又通过主变压器 T2 初级绕组由 下往上流，最后通过电容 C7，回到 C5 上的 150V 负端。C6 和 C5 类似，但流经 W3 的电流 方向相反，而幅值又相等，这样 W3 中的电流就相互抵消了，W3 中没有电流也就不能震荡 起来了。 这是一个非常重要的问题， 但是 W3 中是有电流的， 虽然 V3， V4 的外围电路相同， 元件参数也相等，所加的电压也相等，但是元件参

9、数的分散性还是比较大的，也就是说相同 的元件，相同的参数，但是他们存在着误差，不可能完全相等，所以抵消一部分电流后 W3 中还是有电流，在 T2 的初级绕组产生幅值+150 -150 的方波。来驱动反馈变压器使 TL494 工作。 一但 TL494 正常工作，这个启动自激震荡的波形就立刻停止了。 电路启动后，R12、R15 就完成了任务，虽然在电路中没有断开，但在电路中已经不起 作用了，因为启动电阻 R1 R3 的阻值很大（一般都在 300K 以上） ，对三极管的电流很小起 不到控制作用，这样三极管的导通和截止完全受 PWM 来控制。 主电路工作过程分析主电路工作过程分析：闭合开关 S1 后，输入电压经过保险管 F1，浪涌抑制电阻 R1， 滤波器 C1、L1、C2、C3、C4 及全桥整流后送入由 C5、C6、V4、V5、T1、T2 等构成的半 桥式变换器。 开关管 V4 和 V5 在 TL494 的控制下，两管交替导通截止，将直流电转换成 高频交流电。高频振荡电压有变压去 T2 副绕组分两路输出。一路由 V13、V14、C25 整流 滤波得到约 12V 直流电压供给脉冲宽度调制器 TL494 专用，另一路则由 V12、L2、C22、 L3、C23 整流滤波作为 48V 主输出。电路中 R12、R15、R14、R17 构成启动回路，T1、V8、 V9、C12、C14、R13、R16 为正反馈元件，R4、C8 及 R29、C21 构成尖峰吸收网络，用于 改善波形及保护开关管。 在电路中，TL494 的 13 脚连 14 脚，即 U13=5V; TL494 由 8 脚和 11 脚双端输出，两 路输出脉冲相位差半个周期，送到 V2、V3 俩个驱动管，Q3 和 Q4 的导通或截止又通过驱 动变压器 T1 分别去控制两个大功率开关调整管 Q1 和 Q2 的饱和导通或截止。 C7 是耦合电容, 其作用是防止由于两个开关管的特性差异而造成变压器磁芯饱和,从而 提高半桥逆变电路的抗不平衡能力.R4 、C8 ；R29 、C21 为吸收电路，用于改善波形和保 护开关管。吸收电路就是我们通常说的“消反冲电路” ，其作用就是药消除没有用的反冲电 压。在开关稳压电压中最高的反冲电压，是在开关调整管截止时产生的，这个很高的反冲电 压， 就产生在开关变压器的初

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