電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源【實(shí)踐導(dǎo)入】：三極管開關(guān)特性實(shí)驗(yàn)4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源圖4--2-1三極管開關(guān)特性演示實(shí)驗(yàn)原理圖【實(shí)驗(yàn)步驟】4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源（1）按圖4-2-1所示電路原理圖將電路連接好，VCC接入+5V直流電源。（2）將開關(guān)撥動(dòng)到下端，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況；（3）將開關(guān)撥動(dòng)到上端，再次觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況；（4）多次重復(fù)步驟（2）（3），同時(shí)觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】開關(guān)撥到下端時(shí)，LED不亮；當(dāng)開關(guān)撥到上端時(shí)，LED點(diǎn)亮。【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】開關(guān)撥到下端時(shí)，三極管截止；當(dāng)開關(guān)撥到上端時(shí)，三極管飽和；三極管工作在截止與飽和狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)開關(guān)斷開和接通，三極管的這種特性叫開關(guān)特性。一、時(shí)間比率控制4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源三極管交替工作與截止區(qū)與飽和區(qū)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)，可以用一個(gè)占空比為50%的矩形脈沖信號(hào)輸入到三極管的輸入端，如圖4-2-2所示，此時(shí)三極管的開關(guān)狀態(tài)受控于脈沖信號(hào)的高低電平，若對(duì)其輸出進(jìn)行分析，并改變脈沖的占空比，我們發(fā)現(xiàn)，在一定周期內(nèi)，輸出端信號(hào)的平均值隨著開關(guān)接通的時(shí)間的變化而發(fā)生改變，即改變脈沖的占空比可以改變其平均值，這一方法稱為“時(shí)間比率控制”（TimeRatioControl，TRC）。TRC的控制方式有三種：①脈沖寬度調(diào)制（PWM）；②脈沖頻率調(diào)制（PFM）；③混合調(diào)制。時(shí)間比率控制4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源圖4--2-3

PWM示意圖圖4--2-4

PFM示意圖二、開關(guān)穩(wěn)壓電源4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源（1）開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本組成及原理。開關(guān)穩(wěn)壓電源就是采用功率半導(dǎo)體元器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的通斷時(shí)間比來調(diào)整輸出電壓的穩(wěn)壓電源。在實(shí)際的應(yīng)用中，脈寬調(diào)制式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。雖然開關(guān)穩(wěn)壓電源的類型較多，電路組成也較復(fù)雜，但它們的基本原理是一樣的，一般都由圖4-2-5所示的一些功能電路為主構(gòu)成。圖4--2-5常見脈沖寬度調(diào)制（PFM）開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)框圖二、開關(guān)穩(wěn)壓電源4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源（1）開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本組成及原理。整流、濾波后的不穩(wěn)定電壓UI一般作為輸入電壓提供給開關(guān)電路。高頻變換器對(duì)輸入電壓UI進(jìn)行開關(guān)振蕩，產(chǎn)生的開關(guān)脈沖電壓送到后級(jí)整流及濾波器。整流及濾波器對(duì)前級(jí)送來的開關(guān)脈沖進(jìn)行整流和濾波，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流輸出電壓。反饋控制電路對(duì)輸出電壓UO進(jìn)行取樣，得到的誤差電壓對(duì)高頻變換器進(jìn)行負(fù)反饋控制，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。圖4-2-6脈沖寬度調(diào)制（PFM）開關(guān)電源的波形圖二、開關(guān)穩(wěn)壓電源4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源

二、開關(guān)穩(wěn)壓電源4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)1：脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源（2）開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)。①功耗小，效率高。②體積小，重量輕。③穩(wěn)壓范圍寬，線性調(diào)整率高。④電路形式靈活多樣。⑤開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品集成脈寬調(diào)制器主要用于各種脈寬調(diào)制場(chǎng)合，在開關(guān)穩(wěn)壓電源中，也稱為開關(guān)電源控制器，加上調(diào)整管以及其他輔助外圍電路便可方便地構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。1）UC3844UC3844是一種高性能的單端輸出的電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由TI、ST等公司生產(chǎn)。與控制脈寬調(diào)制開關(guān)電源的總電壓相比，開關(guān)電源組成的集成電路，具有外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電壓調(diào)整率好，良好的頻率響應(yīng)特性，穩(wěn)定幅度大等等。還具有過電流限制，過電壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。UC3844是一款高性能固定頻率的電流控制式集成脈寬調(diào)制器，專為離線和DC-DC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)開發(fā)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案，其輸出可直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET器件。同時(shí)具有16V（開啟電壓）和10伏（關(guān)閉電壓）低壓鎖定門限，十分適合于離線變換器。一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品圖4-2-7（a）UC3844外形圖圖4-2-7（b）UC3844引腳排列示意圖一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品管腳功能說明8-管腳14-管腳11補(bǔ)償該管腳為誤差放大輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。23電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。35電流取樣一個(gè)正比于電感器電流的電壓接到這個(gè)輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。47通過將電阻RT連至VREF并將電容CT連至地，使得振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)、工作頻率可達(dá)1.0MHz。5-地該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對(duì)8管腳封裝而言）610輸出該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，高達(dá)1.0A的峰值電流由此管腳拉和灌，輸出開關(guān)頻率為振蕩器頻率的一半。712VCC該管腳是控制集成電路的正電源。814VREF該管腳為參考輸出，它經(jīng)電阻RT向電容CT提供充電電流。-8電源地該管腳是一個(gè)接回到電源的分離電源地返回端（僅對(duì)14管腳封裝而言），用于減少控制電路中開關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響。-11VC輸出高態(tài)（VOH）由加到此管腳的電壓設(shè)定（僅對(duì)14管腳封裝而言），通過分離的電源連接，可以減小控制電路中開關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響。-9地該管腳是控制電路地返回端（僅對(duì)14管腳封裝而言），并被接回電源地。-2,4,6,13NC無連接（僅對(duì)14管腳封裝而言），這些管腳沒有內(nèi)部連接。UC3844的引腳功能一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品2）SG3525SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。它采用了DIP16封裝，其引腳功能如圖所示。一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品2）SG3525其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。它的內(nèi)部包括誤差放大器、鎖存器、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品2）SG3525SG3525主要部分的功能如下：①振蕩發(fā)生器振蕩發(fā)生器由管腳3、4、5、6、7組成，4腳將會(huì)看到振蕩輸出波形。6腳和5腳對(duì)地外接一個(gè)電阻和電容，其阻值和容量決定了振蕩器的振蕩頻率。如在管腳5和7之間跨接一個(gè)電阻，該電阻將決定脈沖調(diào)制器的死區(qū)時(shí)間（死區(qū)是防止推挽電路出現(xiàn)短路）。②誤差放大器由管腳1、2、9構(gòu)成，實(shí)際上是一個(gè)運(yùn)算放大器，在使用時(shí)可按同相比例放大器來設(shè)計(jì)，誤差放大倍率由外界電阻元件決定。誤差放大器的輸出電壓范圍在0.9到3V之間，與脈沖寬度成線性關(guān)系。③脈寬調(diào)制器（PWM）鋸齒波和直流電平：振蕩器輸出的充放電波形和誤差放大器輸出的直流電平；一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品2）SG3525比較器輸出波形：當(dāng)鋸齒波電壓大于直流電平時(shí)輸出高電平，否則為低電平，頻率與振蕩器的頻率相同；T觸發(fā)器的輸出波形：實(shí)際是振蕩器的二分頻；輸出A、B：四輸入或非門邏輯輸出，脈沖寬度與與誤差放大器輸出的直流電平成正比。④軟啟動(dòng)與關(guān)斷控制由8、10腳控制實(shí)現(xiàn)。實(shí)際電路中，當(dāng)電流過大時(shí)，使SG3525瞬間停止震蕩，降低有效電流，防止負(fù)載過流而損壞。⑤脈寬調(diào)制推挽輸出SG3525與具有懸浮通道的功率管IR2110配合使用可以產(chǎn)生交變的脈沖電壓信號(hào)。一、集成脈寬調(diào)制器4.2開關(guān)穩(wěn)壓電源教學(xué)活動(dòng)2：集成脈寬調(diào)制器的典型產(chǎn)品2）SG3525SG3525具有如下特點(diǎn)：(1)工作電壓