【正文】 的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能適合使用的需要，例 如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。 按照電子理論，所謂 AC/DC 就是交流轉(zhuǎn)化為直流； AC/AC 稱為交流變交流，即為改變頻率； DC/AC 稱為逆變； DC/DC 為直流變交流后再變?yōu)橹绷?。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。 自 20 世紀(jì) 60 年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開(kāi)關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)壓輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開(kāi)關(guān)電源（ Switching Power Supply）。 2 2 系統(tǒng)方案選擇和論證 設(shè)計(jì)要求 在電壓 220V、 50HZ，電壓變化范圍 +15% ~ 20%條件下： （ 1） 輸出電壓可調(diào)范圍： +12V （ 2） 最大輸出電流： 10A 開(kāi)關(guān)電源通常由：輸入電路、功率轉(zhuǎn)換、輸出電路、控制電路、頻率振蕩發(fā)生器五大部分組成。如下圖所示： 圖 21開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)框架圖 低通濾 波 一次整 流 電子開(kāi) 關(guān) 高頻變壓 器 二次整 流 平滑濾 波 采樣輸 出 基準(zhǔn)電 壓 比較器 放 大 誤 差 脈沖驅(qū) 動(dòng) 脈 沖 調(diào) 制 直流輸出 V0 功率轉(zhuǎn)換 輸入電路 輸出電路 控制電路 頻率振動(dòng)發(fā)聲器 正激式變換器 3 主電路方案 根據(jù)高頻變換器 的工作方式，可分為正激式和反激式等多種。高頻變換器工作時(shí)是利用一功率開(kāi)關(guān)器件的高速通斷，從而使變換器進(jìn)行能量傳輸。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，變換器進(jìn)行能量傳輸，稱為正激式；反之，即電子開(kāi)關(guān)截止時(shí)，變換器進(jìn)行能量傳輸，稱為反激式。 方案一：采用正激式變換器開(kāi)關(guān)電源 正激式變換器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在一些對(duì)輸出電壓參數(shù)要求比較高的場(chǎng)合，經(jīng)常使用。 圖 22正激式變換器工作原理圖 正激式變換器開(kāi)關(guān)電源工作原理：所謂正激式變換器 開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。圖22 是正激式變換器開(kāi)關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖，圖 22 中 Ui 是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓， T是高頻變壓器， K 是控制開(kāi)關(guān)， L 是儲(chǔ)能濾波電感， C是儲(chǔ)能濾波電容，D2是續(xù)流二極管， D3是削反峰二極管， R是負(fù)載電阻。 需要特別注意的是高頻變壓器初、次級(jí)線圈的同名端。如果把高頻變壓器初線圈或次級(jí)線圈的同名端弄反，圖 22就不再是正激式變換器開(kāi)關(guān)電源了。 4 正激式變換器開(kāi)關(guān)電源有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是在控制開(kāi)關(guān) K 關(guān)斷的瞬間開(kāi)關(guān)高頻變壓器的初、次 線圈繞組都會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)是由流過(guò)變壓器初線圈繞組的勵(lì)磁電流存儲(chǔ)的磁能量產(chǎn)生的。因此，在圖 22 中，為了防止在控制開(kāi)關(guān) K 關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)擊穿開(kāi)關(guān)器件，在開(kāi)關(guān)電源變換器中增加一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收反饋線圈 N3繞組，以及增加了一個(gè)削反峰二極管 D3。 方案二：采用反激式變換器開(kāi)關(guān)電源 反激式變換器開(kāi)關(guān)電源工作原理比較簡(jiǎn)單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設(shè)備中應(yīng)用廣泛。所謂反激式變換器開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變換器的初級(jí)線圈被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變換器的次級(jí)線圈沒(méi)有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變換器 初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后，才向負(fù)載提供功率輸出，這種變換器開(kāi)關(guān)電源稱為反激式開(kāi)關(guān)電源。 圖 23反激式變換器工作原理圖 Ui 是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓， T 是高頻變壓器， K 是控制開(kāi)關(guān)， C 是儲(chǔ)能濾波電容， R 是負(fù)載電阻。圖 23（ b）是反激式變換器開(kāi)關(guān)電源的電壓輸出波形。 方案三：采用半橋式變換器 為了減小開(kāi)關(guān)三極管的電壓承受電壓，可以采用半橋式變換器，它是開(kāi)關(guān)電源比較好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電容 C C2 與開(kāi)關(guān)晶體管 VT VT 2 組成變換器，如圖24 所示。橋的對(duì)角線接高頻變壓器 TR 的初級(jí)繞組。如果 C C2 容量、耐壓 均相等，在某一只開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)，繞組上的電壓只有電源電壓 Vin 的一半。在 5 穩(wěn)定的條件下， VT1導(dǎo)通， C1 上的電壓 1/2 Vin 加在變壓器的初級(jí)線圈上。由于初級(jí)繞組和漏感的作用，電流繼續(xù)流入初級(jí)繞組黑點(diǎn)標(biāo)示端。如果變壓器初級(jí) 繞組漏感儲(chǔ)存的電能足夠大，二極管 VD6 導(dǎo)通，鉗位電壓進(jìn)一步變負(fù)。在 VD6 導(dǎo)通的過(guò)程中，反激能量對(duì) C2 進(jìn)行充電。連結(jié)點(diǎn) A 的電壓在阻尼電阻的作用下，以振蕩形式最后回到中間值。如果這時(shí) VT2 的基極有觸發(fā)脈沖，則 VT2 導(dǎo)通，初級(jí)繞組黑點(diǎn)標(biāo)示端電壓變負(fù)， Ip 電流加上磁化電流流經(jīng)初級(jí)繞組和 VT 2，然后重復(fù)前面的過(guò)程。不同的是 Ip 變換了方向。二極管 VD5對(duì)三極管 VT1的導(dǎo)通鉗位，反激能量再對(duì)電容 C1 進(jìn)行充電。 圖 24 半橋式變換器工作原理圖 方案四：采用橋式變換器開(kāi)關(guān)電源 橋式變換器由 4只開(kāi)關(guān)晶體管組成，與半橋式變換器相比多了兩只晶體管，如下圖所示。在一個(gè)電子開(kāi)關(guān)周期中， 4只晶體管中每一條對(duì)角線上的兩只管子為一組。它們的“開(kāi)”和“關(guān)”與占空比有關(guān)。當(dāng)給 VT VT 3以等量觸發(fā)脈沖時(shí)，兩只晶體管同時(shí)導(dǎo)通，等到觸發(fā)脈沖消失后，兩只晶體管又同時(shí)截止。電源電壓經(jīng) VT1流入變壓器初級(jí)繞組 Np,并經(jīng) VT 3到 電源負(fù)極。在這一過(guò)程中，變壓器初級(jí)電流 Ip 逐漸升高。這時(shí)，變壓器的次級(jí)得到感應(yīng)電壓，使整流二極管 VD1的電壓上升， VD2的電壓下降。這一變化的快慢是由次級(jí)繞組 Ns 的漏感及二極 6 管 VD VD2的性能決定的。輸出大電流、低電壓時(shí)，工作頻率的影響更大。由于變壓器初級(jí)電壓增加，次級(jí)繞組的感應(yīng)電流也跟著上升，二極管 VD2 慢慢進(jìn)入反向偏置狀態(tài)，二極管 VD1卻進(jìn)入正向?qū)ǎ姼?L的電壓緊跟著上升。 L上的電感在反向電勢(shì)的作用下，對(duì)變壓器的初級(jí)繞組進(jìn)行“磁化”，“磁化”的結(jié)果是使 VT VT 3截止。 VT VT 4在 Vin電壓 的作用下趨向?qū)?，又開(kāi)始了新一輪的“開(kāi)”和“關(guān)”工作循環(huán)。橋式變換器和正激式變換器的輸出電壓相同。 圖 25橋式變壓器 主電路功率模塊 功率開(kāi)關(guān)器的選擇 開(kāi)關(guān)電源中的功率開(kāi)關(guān)器件是影響電源可靠性的關(guān)鍵器件。開(kāi)關(guān)電源所出現(xiàn)的故障中約 60%是功率開(kāi)關(guān)器件損壞引起的。用作開(kāi)關(guān)的器件主要有大功率晶體管、 MOSFET 管與 IGBT 等。 方案一： MOSFET 在開(kāi)關(guān)電源中，用作開(kāi)關(guān)功率管的 MOSFET 幾乎全部都是 N溝道增強(qiáng)型器件。這是因?yàn)?MOSFET 是一種依靠多數(shù)載流子工作的單極性器件，不存在二次擊 穿和少數(shù)載流子的儲(chǔ)存時(shí)間問(wèn)題，所以具有較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非常快的開(kāi)關(guān)速度。 MOSFET 在大功率開(kāi)關(guān)電源中用作開(kāi)關(guān)，比雙極性功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢(shì)。所有類型的有源功率因數(shù)矯正器都是為驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 而 7 設(shè)計(jì)的。 MOSFET 功率管的特點(diǎn) （ 1） MOSFET 是電壓控制型器件 因此在驅(qū)動(dòng)大電流時(shí)無(wú)需推動(dòng)級(jí)，電路較簡(jiǎn)單； （ 2） 輸入阻抗高，可達(dá) 108Ω 以上； （ 3） 工作頻率范圍寬，開(kāi)關(guān)速度快 ( 開(kāi)關(guān)時(shí)間為幾十納秒到幾百秒 ) 開(kāi)關(guān)損耗??； （ 4） 有較