开关式稳压电源.doc

15奇数页（章名）第二章开关式稳压电源电源电路主要是为整机负载电路提供工作电压彩色电视机都采用性能优良的开关型稳压电源所谓开关型稳压电源，就是电源调整管工作于开关状态的稳压电源2.1开关式稳压电源的工作原理2.1.1 开关式稳压电源的组成 电源主要由交流220V整流滤波电路、开关振荡电路、脉冲整流滤波电路、取样和稳压控制电路等组成，如图2－1所示 电源整流滤波电路将交流220V电压变为300 V左右的直流电压开关振荡电路包括开关调整管、开关变压器、正反馈电路等把整流滤波电路送来的直流电压变换为高频脉冲电压脉冲整流滤波电路把高频脉冲电压整流为直流电压，为负载供电，同时送取样和稳压控制电路取样和稳压控制电路包括取样电路、基准电压产生电路·比较放大电路、脉宽(或频率)调整电路等它将取样电压和基准电压进行比较，得到误差电压并进行放大，用放大后的误差电压去控制开关振荡管(即开关调整管)的导通和截止时间，以改变高频脉冲的频率或脉冲宽度，从而使输出的直流电压稳定图2－1 开关电源组成方框图2.1.2电路结构与工作原理由于开关式稳压电源的效率高、调整范围宽、可靠性高，因此现在的彩色电视机均采用开关式稳压电源。

开关式稳压电源按稳压的控制方式分为脉冲宽度控制式(调宽式)、频率控制式(调频式)I按开关电源与负载的连接方式分为串联型和并联型；按不同的激励方式分为他激式和自激式目前用得较多的是脉冲宽度控制、自激式并联型开关电源1）开关式稳压电源的基本工作原理，脉冲变压器藕合并联开关稳压电路，如图2－2所示图中T是开关变压器，同时兼有储能电感的功能Q是开关管，D是整流二极管,C是滤波电容器现在来分析电路的工作过程，工作波形参见图2－3图2－2 开关电源当开关管Q受正激励脉冲激励而饱和导通时，由于电感效应的作用，储能变压器初级绕组的感应电势的极性为上正下负，在此期间储能变压器T的初级绕组L1中的电流线性增大，磁能逐渐增长，是变压器储存能量的过程而由于变压器的藕合作用，次级绕组L2感应脉冲的极性为上负下正，故二极管D截止，RL中的电流由C放电提供当开关管截止后,T初级绕组L1上没有电流流通，感应电势的极性为上负下正，而次级绕组L2感应脉冲的极性为上正下负，整流管.D导通，T中储存的磁场能量D经 C与负载RL释放，产生输出直流电压这是一个变压器释放能量的过程图 2－3变压器式变换器波形在调整管导通期间，初级绕组1中电流的变化量力：△I=Uin/L1×Ton在调整管截止期间次级绕组L2中电流的变化量为： △I1=Uout /L×Toff从能量的观点来看，如果忽略变换过程中的损耗，则在一个工作周期中，变压器输人的能量应该与输出的能量相等，即 把和的表达式代入并整理得到： 且（为初级绕组匝数，为初级绕组的匝数， 为驱动脉冲占空系数）的代入上式则得： 从该式可以看出，输出电压Uout的高低取决于输入电压Uin的高低、工作系数δ的大小及变压器的变压比。

显然，图2-3所示的电路是一种反激型开关电源，即开关管Q与整流管D截止与导通的情况正好相反当然，也可以采用正激型，但正激型是Q与D同时导通，同时截止，尤其当Q突然截止时，T中的磁场能量在初级绕组和次级绕组都没有释放回路，因此在T初级绕组中将感应出极高的反电势，与Uin叠加后极易将开关管击穿变压器开关式稳压电源的优越性：a) 可以使次级输出电压有更大的灵活性即只要选取初次级的不同匝数比，就可以得到所需的任意大小的输出电压b) 可以为脉冲变压器次级多加几组绕组，可以提供互不相同的多路稳定直流电压输出c) 做到了机芯和交流电源的隔离，除电源部分初级绕组回路带电外，其稳压输出的地线不带电，实现了所谓冷底板基于以上诸原因，目前的彩色电视机中广泛应用变压器开关式稳压电源2）调宽与调频式开关稳压电路从上述的分析可见，无论是何种形式的变换器，在稳压过程中都要根据输出电压变化趋势进行驱动脉冲占空系数大小的动态调整，以改变单位时间内开关管的导通时间，这样才能保证得到稳定不变的输出电压Uout ，调整占空系数δ大小的方式可以有两种一是周期T不变而改变Ton，即改变开关管导通时间的长短，称为脉宽控制方式，另一种是Ton不变而改变周期T，即改变开关频率，称为频率控制方式。

无论采用何种控制方式，它们的实现都是由控制电路完成的为完成自动稳压的目的，控制电路是由输出电压取样电路、比较放大、基准电压和激励脉冲的调频或调宽电路组成，以做到占空系数δ的动态调整它的稳压过程如下：取样电路取出一与输出电压成比例的电压，并将这一电压与基准电压一起送人比较放大电路进行比较，比较放大电路根据比较结果输出一代表输出电压Uout偏移的误差信号，用该误差信号去控制改变驱动脉冲的占空系数δ，从而改变开关管的导通和关断时问之比．使输出电压稳定不变比如当输出电压偏低时，误差信号应使驱动脉冲的占空系δ数增大，使开关管单位时间里导通时闻变长，从而使输人变换器的能量增加，使输出电压Uout上升反之，当输出电压偏高时，则应使驱动脉冲的占空系数δ减小这样输出电压的变化经过取样，比较放大，占空系数δ调整等环节的作用使输出电压向相反方向变化，达到稳压的目的3)自激式与他激式开关稳压电路不管何种开关电源．其开关管都必须工作在截止和饱和的周期状态所以必须在开关管的基极加上周期性的开关激励脉冲，按激励脉冲的产生方式分类，有自激式和它激式两种①自激式开关稳压电路自激式开关电源不需要专设振荡器以形成激励脉冲，它利用电路中的开关管和在储能电感或变压器旁边添加的一个正反馈绕组共同构成一个自激振荡器，它的开关调整管兼作脉冲间歇振荡器的振荡元件，工作时反馈绕组以正反馈形式把感应脉冲馈送到开关管的基极，以形成自激间歇振荡。

下面以图2－4所示的电路来说明自激式开关电源的原理在这个电路中．Q即是开关管又是振荡管它的振荡过程如下：电路接通后．输入电压Uin经启动电阻R2加到开关管Q的基极,为Q提供初始的启动电流，以便Q开始导通，Q导通后其上产生的集电级电流流经脉冲变压器的初级绕组N1，并在Nl上感应一上正下负的电动势，这一电动势经变压器的藕合作用，在反馈绕组N3感应一上负下正的电动势，由于电容Cl两端电压不能突变．因此N3上的感应电动势通过Cl、Rl加到开关管Q的基极，使Q的基极电流迅速增大，基极电流增大进一步导致集电级电流增大，使变压器各绕组的感应电势得到加强，这一强烈的正反馈过程使开关臂Q很快进入饱和导通状态图 2－4自激励开关电源开头管Q饱和导通后，Uin直接如在N1绕组上．N1上电流线性增长，在N1上的感应电势方向为上正下负,在N3上的感应电势方向为上负下正．且N3上的感应电动势通过R1和开关管Q的发射结向C l充电，C l上充电电压的极性是左负右正随着充电的进行，Cl两端电压逐渐升高，Cl左方电位逐渐降低经过一段时问．Cl左方电位即开关管Q的基极电位降低到一定数值时．Q基极电流开始减小，而这个时候Q集电极电流还继续增大，因此由于这两个原因．经过一段时间后Q就不再满足饱和导通的条件，开关管从饱和区进入放大区，一旦进入放大区，Q集电极电流就开始减小，这一减小的电流在N l绕组上感应一上负下正的电动势，而在N3绕组上感应一上正下负的电动势，这又是一个正反馈的雪崩过程，使Q很快转入截止状态。

Q截止后，C1经N3、D1、R1放电随着放电的进行，C1两 端电压逐渐降低，Cl左端电位相应升高，Q基极电位也相应升高当Q基极电位升高到一定程度时，经启动电阻提供基极电流使Q又进入开始导通的状态，从而开始下一个周期的间歇振荡从振荡过程可以看出，Q从饱和导通到截止的时闻和恢复导通的时间都决定于Cl、R1 放电的时间，所以Cl、Rl的参数决定了振荡周期自激式开关电源的电路比较简单．所需元件较少，成本低②它激式开关稳压电路它激式指开关管不参与激励脉冲的振荡过程，徼励脉冲由独立的振荡电路产生，可用分立元件也可用集成电路由于采用分立元件的振荡器，电路比较复杂．因此一般都采用集成电路，整体电路比较简捷．而且功能比较强，能够完成振荡，自动稳压、过流、过压保护等功能， 无论是自激式开关电源还是它激式开关电源，在工作时，都由行频脉冲同步，使开关电源的振荡频率和行振荡的频率一致，这样作的好处是使这两部分电路相协凋，不至于互相干扰对于自激式电源，引入行逆程脉冲后，好像变为它激式了，实际上还是自激式，因为振荡的维持还是由开关管和脉冲变压器或储能电感上的正反馈绕组完成的．行逆程脉冲只是起触发作用，使电路的振荡状态发生翻转。

不管采用何种激励方式，都要有足够的驱动功率，比如在开关管饱和期间，要求有足够大的基极电流，以维持开关管的饱和导通，这时基极电流应满足Ib >Icp/β (Icp为开关管集电极的峰值电流)的条件，否则开关管就会因激励不足而不能完全饱和，压降增大，功耗增大，开关管过热，容易造成损坏；而在开关管由饱和变为截止时，基极必须加反向电压，形成足够的基极反向抽出电流，使开关管急剧地截止，以缩短开关管截止转换时间，减小其关断损耗2.2稳压电源电路实例图2－5开关电源框图图2－6开关电源电路（TCT---2116）2.2.1开关电源电路分析1 300V整流滤波电路 220 V交流电经电源开关5801，进入电源电路，F801为2A的彩色电视机延时保险管C801和互感扼流T801构成双向高频干扰滤波电路它既可以防止电网线上的干扰进入电视机，又可防止内部开关电源产生的干扰窜入电网线对其他电器产生干扰经过滤波后的220V电源一路经消磁电阻RT801到消磁阻线圈L903对显像管进行消磁；另一路经保险电阻R801后到由D801 ~D804构成的桥式整流电路整流，再经C806滤波得到300V的直流电压D801~ND804上并联两个高频滤波电容器。

一方面可以滤除干扰；另一方面可防止二极管被开机浪涌电流击穿2启动与振荡电路由D801~D804桥式整流，在滤波电容C806两端产生300V左右的直流电压该电压分两路输出：一路经开关变压器T802的初级绕组3~1， 加到开关管Q804的集电极，另一路经启动电阻R803、R803A加到Q804们基极，使Q804进入导通状态Q804导通后，共集电极电流在T802的初级绕组上产生电动势，T802的正反馈绕组6－5产生感应电动势，⑤端正的脉冲电压经Q804的b-e结、R815、R814、C808、T802的⑥脚构成正反馈回路，使Q804在正反馈雪崩过程的作用下，迅速进入饱和状态Q804饱和后T802初级绕组的电流线性增大，由于T802次级绕组所接的整流管截止，所以电能以磁能的形式存储在T802内部同时，由于正反馈雪崩过程时间极短，C808来不及充电，所以在Q804进入饱和状态后，开始充电随着充电电流的减小，将逐渐不能维持Q804的饱和导通，于是Q804退出饱和状态Q804退出饱和状态后，由于其 c-e结内阻的增大，使T802初级绕组的电流进一步下降，导致T802各个绕组的电动势反相，使开关管Q804迅速截止。

在 Q804截止期间，开关变压器T8 02向负载释放能量随着T802能量的不断释放，T802初级绕组产生一个反相的电动势，以阻正电流的下降，于是正反馈绕组产生的⑤端为正的反馈电压，再次使Q804导通，由此便形成了自激振荡3，稳压控制电路T802的7-8绕组为取样绕组，当市电电压升高或负载电流变小，引起输出端电压升高时，T802的7-8绕组脉冲上升。