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开关式稳压电源工作原理
文章导读：开关式稳压电源工作原理具体内容是：1、基本电路...
作者：来源： 日期：2014-01-24 16:11:09 人气：标签：
1、基本电路
图二 开关电源基本电路框图
开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
２．单端反激式开关电源
单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管vt1 导通时，高频变压器ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管vd1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管vt1截止时，变压器ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及vd1 整流和电容ｃ滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管vt1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200khz之间。
３．单端正激式开关电源
单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管vt1导通时，vd2也
导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感ｌ储存能量；当开关管vt1截止时，电感ｌ通过续流二极管vd3 继续向负载释放能量。
在电路中还设有钳位线圈与二极管vd2，它可以将开关管vt1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和
复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。由于这种电路在开关管vt1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。
４．自激式开关稳压电源
自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。
当接入电源后在r1给开关管vt1提供启动电流，使vt1开始导通，其集电极电流ic在l1中线性增长，在l2 中感应出使vt1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使vt1 很快饱和。与此同时，感应电压给c1充电，随着c1充电电压的增高，vt1基极电位逐渐变低，致使vt1退出饱和区，ic 开始减小，在l2 中感应出使vt1 基极为负、发射极为正的电压，使vt1 迅速截止，这时二极管vd1导通，高频变压器ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在vt1截止时，l2中没有感应电压，直流供电输人电压又经r1给c1反向充电，逐渐提高vt1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。
自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。
５．推挽式开关电源
推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管vt1和vt2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。
这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500 ｗ范围内。
６．降压式开关电源
降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管vt1 导通时，二极管vd1 截止，输人的整流电压经vt1和l向ｃ充电，这一电流使电感ｌ中的储能增加。当开关管vt1截止时，电感ｌ感应出左负右正的电压，经负载rl和续流二极管vd1释放电感ｌ中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在vt1基极上的脉冲宽度确定。
这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。
７．升压式开关电源
升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管 vt1 导通时，电感ｌ储存能量。当开关管vt1 截止时，电感ｌ感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管vd1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。
８．反转式开关电源
反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管vt1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。
当开关管 vt1 导通时，电感l 储存能量，二极管vd1 截止，负载rl靠电容c上次的充电电荷供电。当开关管vt1截止时，电感ｌ中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管vd1向负载供电，同时给电容ｃ充电。
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图二 开关电源基本电路框图
开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
２．单端反激式开关电源
单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管vt1 导通时，高频变压器ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管vd1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管vt1截止时，变压器ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及vd1 整流和电容ｃ滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管vt1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200khz之间。
３．单端正激式开关电源
单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管vt1导通时，vd2也
导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感ｌ储存能量；当开关管vt1截止时，电感ｌ通过续流二极管vd3 继续向负载释放能量。
在电路中还设有钳位线圈与二极管vd2，它可以将开关管vt1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和
复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。由于这种电路在开关管vt1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。
４．自激式开关稳压电源
自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。
当接入电源后在r1给开关管vt1提供启动电流，使vt1开始导通，其集电极电流ic在l1中线性增长，在l2 中感应出使vt1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使vt1 很快饱和。与此同时，感应电压给c1充电，随着c1充电电压的增高，vt1基极电位逐渐变低，致使vt1退出饱和区，ic 开始减小，在l2 中感应出使vt1 基极为负、发射极为正的电压，使vt1 迅速截止，这时二极管vd1导通，高频变压器ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在vt1截止时，l2中没有感应电压，直流供电输人电压又经r1给c1反向充电，逐渐提高vt1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。
自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。
５．推挽式开关电源
推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管vt1和vt2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。
这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500 ｗ范围内。
６．降压式开关电源
降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管vt1 导通时，二极管vd1 截止，输人的整流电压经vt1和l向ｃ充电，这一电流使电感ｌ中的储能增加。当开关管vt1截止时，电感ｌ感应出左负右正的电压，经负载rl和续流二极管vd1释放电感ｌ中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在vt1基极上的脉冲宽度确定。
这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。
７．升压式开关电源
升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管 vt1 导通时，电感ｌ储存能量。当开关管vt1 截止时，电感ｌ感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管vd1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。
８．反转式开关电源
反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管vt1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。
当开关管 vt1 导通时，电感l 储存能量，二极管vd1 截止，负载rl靠电容c上次的充电电荷供电。当开关管vt1截止时，电感ｌ中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管vd1向负载供电，同时给电容ｃ充电。
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