1、開關穩壓電源工作原理§6.1開關穩壓電源基本工作原理分析6.1.1開關穩壓電源與串聯調整型穩壓電源比較穩壓電源是使用電子電路調整輸出電壓達到穩定LI的的電源，有串聯型穩 壓電源、并聯型穩壓電源、開關穩壓電源，開關電源也是穩壓電源，但穩壓電 源不能直接稱為開關電源。普通的串聯穩壓電源都安裝電源變壓器，具有輸出電壓穩定、波紋小等優 點，但是電壓范圍小，效率低。并聯穩壓電源輸岀電壓特別穩定，但是負載能 力很差，一般只在儀表內部做基準用。開關穩壓電源的效率高，電壓范圍寬，輸出電圧相對穩定，由于開關管工 作在開關狀態，功耗小，所以開關電源的工作效率可達80%90%。而通常的 線性調整式穩壓電源

2、的效率僅達50%左右開關電源是近代普遍推廣的穩壓電源，比如現在電腦的ATX電源、筆記本 電腦電源適配器、打印機電源、手機充電器等等。穩壓電源是在負載功率變化 時，輸出電壓仍然保持固定的電圧值。開關電源也是穩壓電源，但穩壓電源不 能直接稱為開關電源。項目串聯調整型穩壓電源開關穩壓電源電源變壓器與脈 沖變壓器工作頻率低、鐵芯、體積 大、重量重。工作頻率高、磁芯、體積 小、重量輕。調整管與開關管 比較工作頻率低、功耗大、效率 低。工作頻率高、功耗小、效率 咼。整流和濾波電路 比較整流二極管反向耐壓低、濾 波容量大。整流二極管反向耐壓高、濾 波容量小。電路復雜性綜合 比較電路簡單。控制和保護電路復雜、

3、工作 原理復雜。6-1.2開關電源的分類1、根據開關管在電路中的連接方式分類，可分為串聯型開關穩壓電源，并聯型 開關穩壓電源和脈動變圧器耦合式開關電源。如圖6.1所示四種類型開關電源 電路。（1）串聯型開關穩壓電源是指：開關管（或儲能電感）與負載采用吊接方式連 接的一種電源電路。（2）并聯型開關穩壓電源并聯型開關穩壓電源是指：開關管（或儲能電感）與負載采用并接方式連 接的一種電源電路（3）脈沖變壓器耦合型開關穩壓電路電源是指：開關管與脈沖變壓器一次繞組 串聯后與整流電路并聯，負載電路與脈沖變壓器二次繞組并聯。2、根據開關管的激勵方式不同分類，開關電源可分為自激式開關穩壓電源和他 激式開關穩壓電

4、源。14（1）自激式開關穩壓電源是利用電源電路中的正反饋電路來完成自激振蕩，啟 動電源。（2）他激式開關穩壓電源電路是專門設有一個振蕩器來啟動電源的。3、根據使用的器件種類不同分類，可分為山分立元器件組成的開關穩壓電源和 由集成電路組成的開關穩壓電源4、根據穩壓的控制方式不同分類，開關穩壓電源可分為脈沖調寬式和脈沖調頻 式兩種（1）所謂脈沖調寬式開關穩壓電源是指：山相關電路對開關的脈沖寬度進 行調制的一種穩壓電路（2）所謂脈沖調頻式開關穩壓電源是指：山相關電路對開關的脈沖頻率進 行調制的一種穩壓電路O UoQ）岀聯式開關電源J1R HvdiU2J1TL vriVP1并聯式開關電源（C）單端反澈

5、式開關電源<d）巨激式開關電鴻I- JMV=c IJRLVD1所謂的反激.長指當開關WVT1導逋時.整流管忸1處于 截止狀態，在次級負載中無包匡、克流。當開關管?T1截 止吋，整流管處于導通狀態，此時衣級繞組電壓.電 流通過VS整流管和電容C濾波后向負載輸岀。Ri6.1. 3串聯型開關穩壓電源電路工作原理分析1 串聯開關穩壓電源是指開關管串聯在輸入電壓與負載電路之間的一種工作 方式的電源電路。2串聯式開關電源的基本電路如圖16 （a）所示。在該電路中，VT1為開 關管，VD1為續流二極管，L為儲能電感，C為濾波電容，RL為負載電阻。圖16 Q）串聯式幵關歸源電路3 串聯式開關電源基本電路

6、的丄作原理VT1基極輸入正脈沖：開關管VT1正偏飽和導通，如圖16 (b)所示 輸出的電壓ui 路加到續流二極管VD1的負極上，使其反偏截止；另 一路經L、C、RL形成回路，電流經L對電容C進行充電，也對RL負載 供電。線圈自感電壓為左“ + ”右，以阻礙電流的增大。開關閉合KLeLJLVD1 石C ZZuc Rrai-6 (C) VH敲止斷開時尊效申賂圖16 Cb)時零效玖路VT1基極輸入負脈沖：開關管VT1反偏截止如圖16 (C)所示，從而切斷 了輸入電壓ui向負載供電的通路。但由于電感中的電流不會突變，在電感 中會感應出右“ + ”正、左“-”負的電壓。該電壓就會使續流二極管正偏導 通，

7、儲存在電感L中的能量就會通過VD1導通的二極管繼續向電容C充電， 同時也為負載提供工作電流，以維持負載電流的連續性。電路要求電容耐壓 值高，一般不小與輸入電源2倍。圖1-7是電路圖16中幾個關鍵點的電壓和電流波形。圖1-7、A、B、C 圖分別是控制開關K的占空比D等于0. 5、 0.5. 0.5時。圖1-7、A、B、C-a)圖l-4-a)分別為控制開關K輸出電壓uo的波形；圖1-7. A、B、C-b)圖分別為儲能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-7、A、B、C-c)圖分別為流過儲能電感L電流iL的波形。a輸出加電臟形3 uiuiai-3uct 占空比0.5g iTof I Tim 田15電壓波

8、形小結：占空比大電源輸出電壓Uo大，但電壓波動也大；相反，占空比小電 源輸出電壓Uo就小。當占空比等于0.5時，電源輸出電壓為脈沖電壓的平均值，且電壓較穩定。4.串聯式開關電源電路分析做兒點說明（1）由于輸入電壓沒有隔離電路，所以整個電路是帶電的，稱為熱地板， 在調試和修理時要注意安全。（2）山于開關管與負載串聯，因此對開關管的反向耐壓要求不高。（3）串聯式開關電源基本電路只能輸出一個直流電壓，而且輸出電壓低于 輸入電壓。6.1. 4并聯型開關穩壓電路原理分析（1）并聯開關穩壓電是指開關管與輸入電壓及負載并聯的一種工作方式的 電源電路（2）并聯式開關電源的基本電路如圖18所示。在該電路中，L為

9、儲能電感，VD1為脈沖整流二極管，C為濾波電容，肌為負載電路。圖18并聯式開關電棟基本電路（3）并聯式開關電源基本電路的工作原理®VT1基極輸入正脈沖:開關管VT1正偏導通，脈沖整流二極管VD1反偏截止。負載 血上電壓、電流曲此前電容C上所充的電壓提供。此時電容C起著對負載續流（Icl）的作用，電容C稱之為續流電容。如圖19 （a）所示。Ca）VTlte和導通時終效電路圈19并聯式開關電路工作等效圖®VT1基極輸入負脈沖：開關管VT1反偏截止，切斷了電感L對地回路 的電流，山于電感中電流不會突變，在電感上會感應出上負下正的感應 電壓，該電壓與電源電壓之和會使VD1整流二極管

10、處于正偏導通。并向 電容C充電，且對負載供電，此時Id=Ic2+Ioo如圖19 （b）所示。6.1. 5脈沖變壓器耦合并聯開關型穩壓電路工作原理分析1、脈沖變壓器耦合開關電源是指：開關管與脈沖變壓器初級串聯后，與輸入 電壓Ui并聯的一種工作方式的電源電路。續洗電.容LZ 1 -脈沖變壓器2、脈沖變壓器耦合開關電源的基本電路圖如圖19所示，又稱單端反激式開 關電源，所謂反激式是指當開關管VT1導通時，整流管VD1處于截止狀態，在 次級整流濾波電路中無電壓、電流輸出。當開關管VT1截止時，整流管VD1處 于導通狀態，此時次級繞組電壓、電流通過VD1整流管和濾波電容C向負載供 電。在該電路中，VT1

11、為開關管；T為脈沖變壓器，采用軟磁鐵氧體鐵芯加繞線 圈后制成；VD1為脈沖整流二極管；C為整流電壓濾波電容；RL為負載電路。T VDIki整流二極管Uo|開關榊 VT1開關管亠冷地線士故地線圖110 Me沖變壓丞揭合開關血源基水電路3、脈沖變壓器耦合開關電源基本電路工作原理(1) VT1基極輸入正脈沖：VT1開關管飽和導通，等效于輸入電壓Ui加 在初級線圈L1兩端，此時流過L1線圈電流是增大，線圈L1產生的 感應電壓是上正下負。根據同名端定義，在脈沖變壓器次級線圈L2 感應的電壓是上負下正，故此時脈沖整流二極管VD1處于反偏截止 狀態。此時負載的供電是由電容C此前所充的電壓提供，電容C也 稱之

12、為續流電容。Ui兇八il-1 ):=彳-31反偏截止斷開I 0 =珂煩流電容RId續流電流(Gvritft和導通時第效啦瞬圖L10并聯式開關段路工作等效圖Io(2) VT1基極輸入負脈沖：VT1開關管反偏截止，切斷流過線圈L1中的 電流，由于電感中電流不會突變，在線圈上會感應出上負下正的感 應電壓，根據同名端定義，在脈沖變壓器次級線圈L2感應的電壓是 上正下負，該電壓使二極管VD1正偏導通。開關變壓器次級感應輸 出的電壓提供給負載RL,并對電容C進行充電。該電路亦稱之為單 端反激式開關電源。電路中.通過脈沖調寬電路，改變VT1基極脈沖的寬度來改變穩壓 電路輸出電壓的大小。4、脈沖變壓器耦合開關

13、電源電路幾點說明：(1) 脈沖變壓器初級整流電路部分為熱地板，次級繞組回路為冷地板。(2) 脈沖變壓器次級可設多個不同匝數繞組，這樣可獲得多路不同電壓 的輸出，較適合彩色電視機電源電路。(3) 對開關管VT1的反向耐壓要求比較高。6.1.6調寬式和調頻式開關穩壓電路工作原理分析1、圖6-9所示調寬式脈沖波形示意圖中可見，加到開關三極管基極上的脈沖電 壓周期T不變，而Ton可變，即脈沖占空比可變。占空比大，開關管導通時間長，穩壓直流輸出電壓較大。反之，占空比小，開關管導通時間短，穩壓直流 輸出電壓小。2、圖6-10所示調頻式脈沖波形示意圖中可見，加到開關三極管基極上的脈沖 電壓周期T不斷變化，脈

14、沖出現時間To在變，但脈沖消失時間Toff不變，開 關管導通時間由脈沖出現時間To決定，ToN越寬，開關管導通時間越長，電 源輸出直流電壓越大，即調頻式脈沖波形頻率小，開關管導通時間越長，電源 輸出直流電壓越大。反之，調頻式脈沖波形頻率大，開關管導通時間越短，電 源輸出直流電壓越小。圖6-9調寬式脈沖波形示盍圖圖670調頻式脈沖波形示盍圖3、調寬式和調頻式開關穩壓電路脈沖波形的比較項目調寬式脈沖穩壓電路調頻式脈沖穩壓電路脈沖波形周期不變可變脈沖出現時間ToN可變可變脈沖消失時間Toff可變不變一、充電器電路及元器件介紹:1、充電器電路原理圖如圖1.1所示：電路是由2只晶體管和開關變壓器To8

15、組成。特點：晶體開關管Q1與脈沖變壓器T1初級構成間歇自激振蕩器，穩壓電路由反饋線圈2、VD6、ZD1、C3構成。二次整流輸出電路中的開關變壓器屬于反激式，即開關管截止時脈沖變壓器次級有電壓輸出。Q2、D5、R4構成具有過流保護電路。2、充電器電路主要器件介紹：1開關管：13001為開關管，耐壓為400V,集電極最大電流1.5A,最大集 電極功耗為14W,用來控制初級繞組與電源之間的通、斷。當初級繞組不停的 通斷時，就會在開關變壓器中形成變化的磁場，從而在次級繞組中產生感應電 壓。2. 開關變壓器：變壓器也必須使用高頻開關變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁 芯，具有高的電阻率，以減小渦流。按圖中標

16、明繞組的同名端，可判斷該電路 是單端反激式電源電路。即開關管導通時，次級繞組中的整流二極管卻是截止 斷開，負載兩端沒有電壓和電流流過；當開關管截止時，次級繞組中的整流二 極管處于正偏電壓導通，負載兩端有電壓并有電流。3. 開關變壓器次級中的整流二極管D7： 1X4397資料：1N4937 Series 600 V 1 A 150 ns Through Hole Fast Rectifier - DO-41。二極管1M937是一個快速回復管，通斷時間為150nS（納秒）。因為開關電源的 丄作頻率較高，所以需要工作頻率較高的二極管。這里可以用常見的1X5816.1N5817等肖特基二極管代替。那么

17、整流二極管1N4007能不能代替1N4937?回 答：不能，1N4937是快速恢復二極管，TRR為150nS,而1N4007是普通低頻整 流二極管，速度差太多。要想更換1X4937,可用UF4007來替換。4. HD3582D產品描述：DIP8腳位圖說明圖支持座式充電器模式；支持普通三燈模式及二燈模式、七彩燈模式；自動識別電池極性；充電飽和電壓4. 25V （典型值）；空載時穩壓輸出；短路保護功能；極少的外圍器件；內置基準源。 GND與襯底同電位表1 DIPS引腳圖說明表序號名稱DIP8腳位圖描述1BTN接電池負極2L3L3充電指示燈L3引腳3L2飽和指示燈L2引腳（二燈模式兼充電指示燈）4L

18、1電源指示燈L1引腳5SEL功能選擇，接VDD為3燈和2燈模式，接GND為七彩 模式.6GND電源負極（地端）7B T P接電池正極8V D D功率電源正極二、充電器電路丄作原理分析1.整流濾波電路山市電220V交流輸入，一端經過一個1M007半波整流，另一端經過一 個1歐的電阻后，由4. 7uF/400V電容濾波。這個1歐的電阻不僅用來做保護 的，而且用來區分市電與輸入電路熱地“參考點”，我們測量三極管各引腳交 流電壓時，都是以“參考點”做地進行測量的；如果后面出現故障等導致過 流，那么這個電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。2.開關自激振蕩電路rai.2自澈式開關電源進入自激開關電源振蕩

19、電路約280V直流不穩定電壓分成兩路：一路經開關變 壓器Tol的、初級繞組加到開關管VT1的集電極；另一路經R1給VT1基極提供導通電壓，于是開關管VT1導通，初級繞組山于VT1集電極電流流過，產生上正下負的感應電壓，該電壓在反饋線圈L2感應的電壓經R2、C4反饋到開關管 基極，形成正反饋。開關管VT1迅速進入飽和區導通。當VT1飽和導通時，其集電極電流保持不變，To8初級繞組上的感應電壓消失，正反饋停止，VT1很快退出飽和狀態，進入放大狀態。此時，開關管VT1集電極電流瞬間減小，因初級繞組上的電流不能突變，故次級繞組感應很強反向電壓，使開關管反偏而截止。當開關管VT1截止后，To8初級繞組無

20、電流流過，感應電壓消失，電源乂通過R1給開關管VT1基極供電，使開關管重新進入飽和導通狀態上述過程周而復始，便形成了自激開關過程。3. 過流保護電路工作原理R4、D3及三極管Q2構成了過流保護電路，R4是過流保護的取樣電阻。上 端的R2： 2.2MQ為啟動電阻，給開關管提供啟動用的基極電流。13001的射極 串接10Q電阻為電流取樣電阻，電流經取樣后變成電壓（其值為10Ie）,這 電壓經二極管1X4148后，加至三極管S8050的基極上。當取樣電壓大約大于 1.4V,即開關管電流大于0. 14A時，三極管S8050導通，從而將開關管13003 的基極電壓拉低，基極電流減小從而使集電極電流也減小，這樣就控制了開關 的電流，防止電流過大而燒毀（其實這是一個恒流結構，將開關管的最大電流限 制在140mA左右）。4. 電源穩壓電路工作原理電源穩壓電路是由反饋線圈L2、整流濾波電路中D6、C3及穩壓二 極管ZD1組成。在變壓器左下方