開關穩壓電源基本工作原理

隨著全球對能源問題的重視，電子產品的耗能問題將愈來愈突出，如何降低其待機功耗，提高供電效率成為一個亟待解決的問題。傳統的線性穩壓電源雖然電路結構簡單、工作可靠，但它存在著效率低（只有40%～500/0）、體積大、銅鐵消耗量大、工作溫度高及調整範圍小等缺點。為了提高效率，人們研製出了開關穩壓電源，它的效率可達85%以上，穩壓範圍寬，除此之外，還具有穩壓精度高、不使用電源變壓器等特點，是一種較理想的穩壓電源。正因為如此，開關穩壓電源已廣泛應用於各種電子設備中。

1．基本工作原理開關穩壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開發和使用的開關電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調製型。下面就主要介紹調寬式開關穩壓電源。

對於單極性矩形脈衝來說，其直流平均電壓U。取決於矩形脈衝的寬度，脈衝越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Uo可由公式計算，即Um=U。×Tl/T1式中Um表示短形脈衝最大電壓值，T表示矩形脈衝周期，T1表示矩形脈衝寬度。當Um與T不變時，直流平均電壓U。將與脈衝寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈衝寬度隨穩壓電源輸出VI-22Y-MX電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。

2．原理電路1)基本電路交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成分的直流電壓，該電壓進入高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最後再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。

開關穩壓電源原理框圖。其控制電路為一脈衝寬度調製器，它主要由取樣電路、比較放大器、振蕩器（開關脈衝）、脈衝調寬電路及基準電路等構成。這部分電路目前已集成化，製成了各種開關電源用集成電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。

2)單端反激式開關電源單端反激式開關電源的典型電路。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。所謂的反激，是指當開關管VT，導通時，高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極體VD,處於截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT,截止時，變壓器T初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VDi整流和電容C濾波後向負載輸出。

單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20W—100W，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。睢一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用於相對固定的負載。

單端反激式開關電源使用的開關管VTi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20kHz～200kHz之間。

3)單端正激式開關電源單端正激式開關電源的典型電路。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。當開關管VT1導通時，VD2也導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感L儲存能量；當開關管VT1截止時，電感/通過續流二極體VD3繼續向負載釋放能量。

在電路中還設有鉗位線圈與二極體VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯複位條件，即磁通建立和複位時間應相等，所以電路中脈衝的占空比不能大於50%。

由於這種電路在開關管VT,導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率範圍大，可輸出50W～200W的功率。電路使用的變壓器結構複雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。

4)自激式開關穩壓電源自激式開關穩壓電源的典型電路。這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。

在VT1截止時，L2中沒有感應電壓，直流供電輸入電壓又經R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導通，再次翻轉達到飽和狀態，電路就這樣重複振蕩下去。這裡就像單端反激式開關電源那樣，由變壓器T的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。

自激式開關電源中的開美管起著開關及振蕩的雙重作用，也省去了控制電路。電路中由於負載位於變壓器的次級且工作在反激狀態，具有輸入和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用於大功率電源，亦適用於小功率電源。

5)推挽式開關電源推挽式開關電源的典型電路。它屬於雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的控制下交替地導通與截止，在變壓器T次級繞組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。

這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100W～500W範圍內。

6)降壓式開關電源降壓式開關電源的典型電路。當開關管VT1導通時，二極體VD1截止，輸入的整流電壓經VT1和L向C充電，這一電流使電感三中的儲能增加。當開關管VT，截止時，電感￡感應出左負右正的電壓，經負載RL和續流二極體VD1釋放電感L中存儲的能量，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基極上的脈衝寬度確定。

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、電容和二極體即可實現。

7)升壓式開關電源升壓式開關電源的穩壓電路。當開關管VT1導通時，電感L儲存能量。當開關管VT1截止時，電感L感應出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸入電壓上，經二極體VD，向負載供電，使輸出電壓大於輸入電壓，形成升壓式開關電源。

8)反轉式開關電源反轉式開關電源的典型電路。這種電路又稱為升降壓式開關電源。無論開關管VT1之前的脈動直流電壓高於或低於輸出端的穩定電壓，電路均能正常工作。

當開關管VT1導通時；電感L儲存能量，二極體VD1截止，負載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當開關管VT1截止時，電感L中的電流繼續流通，並感應出上負下正的電壓，經二極體VD1向負載供電，同時給電容C充電。