【正文】 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ t? 存儲時間，是開關管由飽和導通向截止轉(zhuǎn)換時所出現(xiàn)的一段存儲時間。它的工作過程可以從開關管的導通、截止以及開關電源實現(xiàn)動態(tài)平衡等過程來理解。這時， L 中的電流 IL1為 IL1= ])][([00 Loi IttL UU ??? (31) 式中， IL0 為 t0 時刻的儲能電感中的電流，即為起始電流。這里的二極管 VD 起著續(xù)流和補充電流的作用，這也正是它被稱為續(xù)流二極管的原因。由于占空比總是小于 1 的，所以 Uo 也總是小于 Ui的，故常被稱為下降型（降壓型）串聯(lián) 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開關穩(wěn)壓電源。 占空系數(shù) ? 不但與開關管 V 的導通時間 ton有關，而且也與開關管 V 開與關的周期時間 T有關，也就是與工作頻率 f 有關。 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的設計 開關晶體管 V的選擇 選擇作為開關器件使用的晶體管，除了要具有放大特性以外，更重要的是應具有快速的開關作用和輸出功率大的特點，因而必須滿足下列要求： 晶體管 V 的導通飽和壓降 Uces要??； 晶體管 V 截止時的反向漏電流 Ico要盡可能地??； 晶體管 V 的頻率特性要好； 晶體管 V 的開關時間要短，即轉(zhuǎn)換速度要快； 晶體管 V 的基極驅(qū)動電流要?。? 由于晶體管 V 的輸出端一般都是感性負載，所以要求晶體管的反向擊穿電壓要高。 儲能電感 L的選擇 儲能電感 L 的臨界值 L0 流過儲能電感 L 的電流不能發(fā)生突變，只能近似線性地上升或線性地下降。此時的電感量就稱為臨界電感量 L0。所以，在設計開關穩(wěn)壓電源電路時，應選擇電感量 L大于臨界電感量 L0。因為當開關管 V 截止期間，儲能電感 L 上的電流具有最小值，結合儲能電感 L 的有關電流不能突變的特性，可以有 △ ILmax2Iomin 取 △ ILmax= 代入式（ 316）得到如下的儲能電感 L 的計算公式： )1()1(m a xm in ?? ???? fRfIUL Loo (317) 式中， RLmax為負載電阻的最大值 RLmax=Uo/Iomin。 濾波電容 C的選擇 由開關穩(wěn)壓電源的原理框圖 21 可見，濾波電容 C 兩端的電壓實際上就等于開關穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo。那么就有： △ Uo=△ Uo1+△ Uo2 = ]84[1]483[1 22 LtULtUcL ttUL ttUc of foof foof fonoof fono ??? 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ =CLTtU offo8 (318) = )1(82ioo UUCLTU ? (319) 由串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的工作原理分析可見，濾波電容 C 的選擇直接關系著電源輸出電壓中波紋電壓分量 △ Uo 的大小。如果儲能電感 L 小于臨界電感值 L0， L 內(nèi)的電流波動為 △ ILmax=ILmaxILmin 將會急劇增大（因為這時 ILmin≤ 0）。它是由開關晶體管 V 和二極管 VD及儲能電感 L、濾波電容 C 組成的。 圖 41(b)是發(fā)射極輸出式并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖。 并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的工作原理 設開關晶體管 V的開關轉(zhuǎn)換周期 T，導通期的時間為 ton，截止期的時間為 toff，占空比為 ?（ ? =ton/T）。儲存在 L 中的能量通過二極管 VD輸送給負載電阻 RL和濾波電容 C。由此可得到如下的結論： 控制開關晶體管 V基極激勵脈沖的占空比 ? ，就可以克服由于電網(wǎng)電壓或輸入電壓的變化或其它參數(shù)的變化而對開關穩(wěn)壓電源輸出電壓的影響，能夠起到降低輸出電壓波紋，穩(wěn)定輸出電壓的作用。所以，并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源同樣也有調(diào)寬型、調(diào)頻型和混合型三種形式。這樣既保護了開關穩(wěn)壓電源本身免遭損壞，又保護了供電負載系統(tǒng)免受損壞。開關晶體管 V 上所承受的電壓實際為 =。開關晶體管 V 在導通期間的直流平均損耗功率 Pon為 TU tUUIP i oncesooon ? (48) 在截止期間，由于集電極電流很小，可以認為這個時期的集電極損耗功率是零。）而并聯(lián)開關電源的特性是輸入電壓 Ui比輸出電壓 Uo 小，這里就取輸出 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 電壓 Uo。這里我們選 △ I=（ 419），由此就可以計算出儲能電感 L 的值為 iof fooni I tUtUL ?? （ 420） 為了求的與電源效率 ? 、輸出電流 Io、占空比 ? 和工作頻率 f 相關的計算 L 的實際公式怍如下推導。產(chǎn)生這種控制信號的電路即為控制電路。 圖 51 控制電路的原理框圖 驅(qū)動電路 前已指出，開關穩(wěn)壓電源中的開關管 V要求在關斷時就能迅速關斷，并能維持關斷期間的漏電流近似等于零；在導通時要能迅速導通，并能維持導通期間的管壓降也近似等于零。 在維持導通期間內(nèi)，要能保證開關管處在飽和導通狀態(tài)，以減小開關管的正向?qū)ü軌航担瑥亩档蛯ㄆ陂g開關管的集電極功率損耗。 （ a） (b) 圖 52 理想的基極驅(qū)動信號波形圖 （ a） 集電極電壓和電流波形圖 (b)基極驅(qū)動信號波形圖 驅(qū)動電路的種類 單極性脈沖變壓器驅(qū)動電路 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 單極性脈沖變壓器驅(qū)動電路實際上是一個單端正激式逆變器電路，其原理圖如圖 43所示。為了實現(xiàn)這個目圖54 的原理電路可以看到，基極始終比集電極多一個二極管的正向壓降 （選硅管），所以就可以防止開關管 V進入深飽和區(qū)狀態(tài)。當 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 25 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 正向驅(qū)動脈沖信號結束后，反偏 Eb 通過電阻較小的 R 立即加到開關管 V的基極，使開關管 V能夠以很快的速度 ，在很短的時間內(nèi)迅速地退出導通狀態(tài)，進入截止狀態(tài)，最后實現(xiàn)了縮短狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的上升時間和下降時間，達到了降低開關管 V 集電極功耗的目的。缺點是電路結構較為復雜 ,若不采用 光電偶合器就得采用變壓器進行互感耦合。這種電路特別適應于容性負載的場合，能使電源中的開關管的上升邊和下降邊的特性變好，能降低開關管的功耗。這種方法能大大提高功率開關管的關閉速度，并消除了反偏二次擊穿的潛在危險。限流式保護電路在過流現(xiàn)象消除后，可自動地讓電源恢復工作，截止式則不能，必須等過流現(xiàn)象消除后再重新啟動。實現(xiàn)過壓保護的電路多種多樣，可以選擇 設計。這一點將在保護電路的實際應用舉例中講述。這種保護電路的特點是只能保護電源的自身或自身的一部分；缺點是不能保護供電系統(tǒng)。對輸出功率要求較大的開關穩(wěn)壓電源來說，則要選擇輸出的驅(qū)動信號具有一定推動能力的驅(qū)動電路； （ 3）固定反偏壓驅(qū)動電路雖然能提高開關管的關閉速度，但卻存在著反偏二次穿的潛在危險，尤其是集電極負載呈感性的情況下更容易發(fā)生以上情況。其基本電路如圖 57 所示。缺點是增加了一組負電源，使電路結構較為復雜。 圖 54 抗飽和驅(qū)動電路原理圖 固定反偏壓驅(qū)動電路 圖 55 給出了固定反偏壓驅(qū)動電路的原理圖。所以，這種電路僅適宜在小功率條件下使用。 驅(qū)動信號波形的下降邊緣也一定要陡，幅度 要大，以便減小開關管趨于截止時的下降時間。要縮短這兩個時間，除選擇高反壓、高速度、大功率開關管以外，主要還取決于加在開關管基極的驅(qū)動信號。目前， 新型的和較為先進的開關穩(wěn)壓電源電路還包括有誤差檢測和誤差放大部分，它們把輸出端的不穩(wěn)定因素檢測出來并放大后送到調(diào)制電路中，最后使調(diào)制電路通過調(diào)節(jié)脈沖寬度或頻率來消除這些不穩(wěn)定因素，整個電路形成一個自動控制的反饋閉環(huán)回路。解決這個實際問題的方法，可以參閱下串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的設計。即兩種變化的數(shù)值相等，極性（方向）相反。此外，在選擇二極管時，都應留有一定的裕量，一般留20%的裕量，所以二極管 VD的反向耐壓應為 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ UD=ooo UUU ?? (410) 正向?qū)娏?ID的計算 在開關晶體管 V截止期間，二極管 VD導通，流過二極管 VD的電流 ID正好就是輸入電流 Ii，也就是在這期間流過儲能電感 L的電流 IL，因而 iooi UUII ? (411) 考慮到二極管 VD 為發(fā)熱器件，同時二極管的發(fā)熱溫度與流過電流的大小關系很大，所以，在選擇二極管的工作電流時應留有較大的裕量，通常選裕量為 50%，因而有 ?????? oiooiD IUUIII (412) 解式 （ 412） 可得出二極管 VD的正向?qū)娏?ID為 )1(22 ????? oiooD IUUII (413) 濾波電容 C的選擇 電容量的計算 并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電