高頻開關電源2一、

概論將電網或電池的一次電能，轉換為符合電子設備要求的二次電能，這樣的變換設備便是電源。電源是一切電子設備的心臟，沒有電源，電子設備就不可能工作。電源及開關電源電源常用的連接方式串聯線性電源高頻開關電源串聯線性電源與開關電源的區分串聯線性電源：電源調整管工作在放大狀態;效率低，損耗大，溫升高。開關電源：電源調整管工作在開關狀態的電源;具有高功率密度、重量輕、體積小。

輸入開關管K負載RL儲能元件開關電源模型圖輸入電源調整管負載RL串聯線性電源模型圖直流穩壓電源

直流穩壓電源是電子、電器、自動化設備中最基本的部分。傳統的穩壓電源是采用串聯式線性轉換方法設計制作的。晶體管串聯式線性穩壓電源

直流穩壓電源的發展當今計算機及自動化設備上大多數控制電源都向低壓大電流、高效率、重量輕、體積小的方向發展。在這種要求面前首先得到發展的是晶體管串聯式開關穩壓電源。

晶體管串聯式開關穩壓電源圖中輸入回路的作用是將交流輸入電壓整流濾波變為平滑的高壓直流電壓；功率變換器的作用是將高壓直流電壓轉換為頻率大于20KHZ的高頻脈沖電壓；整流濾波電路的作用是將高頻的脈沖電壓轉換為穩定的直流輸出電壓；開關電源控制器的作用是將輸出直流電壓取樣，來控制功率開關器件的驅動脈沖的寬度，從而調整開通時間以使輸出電壓可調且穩定。從框圖中可見，由于高頻變壓器取代了笨重的工頻（50HZ）變壓器，從而使穩壓電源的體積和重量大大減小。開關穩壓電源的不足之處1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復雜，對元器件要求高；4.動態響應時間至少要大于一個開關周期，不如串聯式晶體管線性穩壓電源。

2.作用：雙向濾波避免電網供電線引入高頻脈沖影響電子電路；防止開關電源對電網造成污染。S1C1L2220V市電

至整流濾波電路FUC02進線抗電磁干擾電路（EMI）輸入共軛濾波及整流1.電路組成：由一個線圈和兩個電容組成EMI原理圖工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而電

感則呈開路。高頻干擾被電容短路。

對50Hz低頻而言，電容呈開路，而電感則呈短路。因此，50Hz市電可以順利通過。S1C10.1uL220V市電

至整流濾波電路FUC20.1uFUS1C1L220V市電

至整流濾波電路C2整流電路工作原理當正半周時，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。濾波電路濾波的基本概念：利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應與負載串聯。經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。電容濾波電路單相橋式電容濾波整流電路。在負載電阻上并聯了一個濾波電容C。對于輸入與輸出電壓之間不需隔離，只用一個工作開關管VT和電感L、二極管D、電容C組成的變換器電路最基本的為如下三種，其原理電路如圖2.6所示。（1）串聯開關或降壓變換器（buckconverter）（2）并聯開關或升壓變換器（boostconverter）（3）串—并聯開關或降、升壓變換器（buck-boostconverter）非隔離式的DC→DC變換電路

非隔離式開關電源工作過程調整輸出電壓的方法：tVitVktVoVitonTVoVkKRL電壓變換器VO=·Vi=D·VitonT占空比只要改變開關脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。在具體電路中，可以使開關脈沖頻率固定，改變開關管導通時間ton而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調寬式”開關電源。PWM也可以使開關管截止時間不變，只改變開關管導通時間長短而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調頻調寬”式開關電源。PFM高頻變壓器開關電源基本結構框圖共同特點:具有高頻變壓器,直流穩壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副方是隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

變壓器型開關電源工作過程開關電源原理示意圖輸入電壓Uin與導通比α的對應關系

由于輸入電壓最高時，相應的導通比是最小，輸入電壓最低時，相應的導通比是最大。因此，輸入電壓與導通比是一一對應，相互制約的。

運行中由于閉環調節，這種相互適應是自動的。但必須指出的是，由控制電路振蕩器和PWM門閂電路本身固有的最大最小導通比，一定要與運行條件所需的最大最小導通比不矛盾，否則就會失調。開關電路的PWM控制原理

開關電源的PWM控制原理可用圖3.1的電路說明。它由開關管、濾波電路、比較器、三角波發生器、比較放大器和基準源等部分構成。開關型穩壓電源原理圖PWM控制基本原理

三角波發生器通過比較器產生一個方波vB，去控制開關管的通斷。開關管導通時，向電感充電。當開關管截止時，必須給電感中的電流提供一個泄放通路。續流二極管D即可起到這個作用，保護開關管。

為了穩定輸出電壓，按電壓負反饋方式引入反饋。

設輸出電壓增加，FVO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，開關管導通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩壓作用。q稱為占空比方波高電平的時間占整個周期的百分比。

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。1．開關管工作在開關狀態，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．開關管在開關狀態下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．由于開關頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。由以上分析可以得出如下結論：保護電路——六重保護1、輸入端過壓保護：壓敏電阻（耐壓值）2、輸入端過流保護：保險絲、熱敏電阻3、輸出端過流保護：通過導線反饋，驅動變壓器就會相應動作，關斷電源的輸出。

4、輸出端過壓保護：當比較器檢測到的輸出電壓與基準電壓偏差較大時，穩壓管就會對電壓進行調整。

5、輸出端短路保護：輸出端短路時，比較器會偵測到電流的變化，并通過驅動變壓器、PWM關斷開關管的輸出。

6、溫度控制：通過溫度探頭檢測電源內部溫度，并智能調整風扇轉速，對電源內部溫度進行控制。開關穩壓電源電路故障分析