【正文】 源達到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓穩(wěn)定在所設計的恒定電壓值 Uo 上，輸出直流電流為 Io 由于在開關管 V導通期間全部負載電阻 RL 上的電流 Io 都是由電容 C 供給的，所以這時電容 C 上的電流就等于電源的輸出電 流 Io，并且在這期間電 容 C 上的電壓變化量為輸出電壓的波紋電壓值△ Uo，此時我們就有如下的關系式 CTICtIU oonoo ???? (414) 從式 (414)我們就能計算出所選擇的濾波電容的電容量 C oooono UTIUtIC ???? ? (415) 把 )/( ioo UUU ??? 代入式 (415)得 )( ioo oo UUUf UIC ??? (416) 耐壓值 Uc的計算 當開關管 V截止期間，加在濾波電容 C 兩端的電壓為輸入電壓 Ui；當開關管 V導通期間，加在電容 C兩端的電壓為輸出電壓 Uo。 集電極電流的計算 從并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的工作原理可見：在晶體管導通期間，流過開關晶體管 V的電流也就是在該期間內流過儲能電感 L 中的電流，也就是輸入電流 Ii。 開關晶體管 V的選擇 集電極電壓的選擇 從圖 41 所示的并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖中可見，開關晶體管 V上所承受的最大電 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 壓為 Ui。這樣，我們就可以在其輸出端加一取樣電路，將輸出的電流 Io和電壓 Uo的變化量取出，再進 行放大、比較后，形成一個與輸出電流和電壓有關的驅動信號來控制和驅動開關晶體管 V的工作。這樣就形成了升壓式開關穩(wěn)壓電源。只有這樣才能達到動態(tài)平衡 ，才能給負載電阻 RL 提供一個穩(wěn)定的輸出電壓。在此期間流過 L的電流 iL 為近似線性地增加的鋸齒波電流（見圖 41（ c） ），并以磁能的形式儲存在 L 中。從輸出特性上看，它們的輸出電壓的極性剛好相反。 (a) (b) 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ (c) 圖 41 并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源原理圖及波形圖 (a)集電極輸出型 (b)發(fā)射極輸出型 (c)發(fā)射極輸出型電路的電流、電壓波型 用來對輸出電壓的大小以及特性進行控制和調節(jié)。由此可知，電感 L 除了起儲能和濾波作用以外，還有限制開關管最大電流的作用。若給定了輸出電壓的波紋電壓分量 △ Uo 和其它的數(shù)據(jù)條件，就可以由 (319)計算出濾波電容 C 的值： C= )1(8 2 iooo UUULfU ?? (320) 此外，在實際應用中，為了消除輸出電壓中的開關轉換波紋分量，除了給電源的輸出端并接一個符合式（ 320）計算出來的濾波電容 C 以外，在這個電容的兩端再并接一個容量范圍在～ 的小電容，用以濾除頻率較高的開關轉換波紋電壓分量。從圖 21電容兩端電壓 Uc（即輸出電壓 Uo）的波形圖中可以看到，在開關管V導通期間（ t=t0～ t1）的 ton/2 到 ton 的時間內，電容 C 開始充電，充至與 Ui相等的值時，開關管 V截止，電容 C 上這段時間內電壓的輸出 變化量為 △ Uo1；從 ton 時刻開關管 V開始截止直到時間 toff/2 這段時間內開關管 V一直處于截止狀態(tài)，并且在這段時間內，濾波電容 C 不斷被充電， C 兩端的電壓不斷上升，最后達到電壓最大值。 此外，根據(jù)臨界電感 L0 的計算公式 （ 313） 和實際電源電路中所選擇的儲能電感 L 必須大于臨界電感 L0 的設計原則，我們還可采用下面的簡單方法來得到儲能電感的計算公式： 已知臨界電感 L0=RL(1? )/2f，應使儲能電感 LL0。 圖 32 L 值對 應不同的 iL 的關系曲線 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 33 LL0 時，開關管及電感 L 的電壓波形圖 由定義，只要求出開關管截止瞬間能使 ILmin=0 時的儲能電感值即為電感 L 的臨界電感量L0。此突變在示波器上極易觀察到。圖 13 是不同的 L 值對應的 iL 的關系曲線?？梢娎m(xù)流二極管 VD 的選擇一定要符合以下條件： 續(xù)流二極管 VD的正向額定電流必須要等于晶體管 V 的最大集電極電流，即應大于負載電阻 RL 上的電流； 續(xù)流二極管 VD的反向耐壓值必須大于輸入電壓值 Ui； 為了減小開關轉換所引起的輸出波紋電壓，續(xù)流二極管 VD 應選擇 反向恢復速度和導通速 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 度都較快的肖特基二極管，即快恢復二極管。 同時改變開關管 V 的導通時間 ton和開與關的周期時間 T（或者工作頻率 f），同樣也可以起到調節(jié)和改變占空系數(shù) ? 或者輸出電壓 Uo。若保持開關的周期 T不變，則通過改變開關管 V的導通時間 ton，就可以改變和調節(jié)輸出電壓 Uo 的大小。為簡化計算 ，將二極管 VD的導通壓降近似為零，因而 L 兩端的電壓近似為 Ui， L 中的電流 iL2 為 IL2=m ax1 )( Lo IttLU ??? (34) 在 t=t2 時， L 中的電流達到最小值 ILmin，其大小為 ILmin=m ax12 )( Lo IttLU ??? (35) 由式 （ 34） 和式 （ 35） 可以計算出在開關管截止的這段時間里 L中電流變化的最大值△ Imax2為 △ Imax2=ILmin(iL2)t=t2=of foo tLUttLU ?? )( 21 (36) 只有當開關管 V導通期間 ton內儲能電感 L增加的電流 △ Imax1等于開關管 V截止期間 toff內儲能電感 L 中減少的電流 △ Imax2，這樣才能達到動態(tài)平衡，才能保證儲能電感 L 中一直有能量，才能源源不斷地向負載電阻 RL 提供能量和功率。但是在 t1 時刻， V剛剛截止，儲能電感 L 中的電流不能突變，于是 L 兩端就產生了與原來電壓極性相反的自感電動勢。儲能電感 L 兩端所加的電壓為 UiUo。沒有給出集電極輸出型的串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖和各點輸出波形，這是因為它們的工作原理都是一樣的，只是輸入和輸出的電流、電壓極性相反。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的結構 圖 31 是串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖及電路中各點的波形圖 .由圖可見，串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的基本電路是由一次整流和濾波、開關晶體管 V、續(xù)流二極管 VD、儲能電感 L 和濾波電容 C 組成的。在一些技術先進國家，開關穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應用中也還存在一些問題，不能十分令人滿意。此外，由于開關穩(wěn)壓電源震蕩器沒有工頻降壓變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網，使附近的其它電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。在相同的紋波輸出電壓的要求下，采用開關穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的 1/500～ 1/1000。此外，改變占空比的方法有脈寬調制型和頻率調制型兩種。由于調整管 V 上的耗散功率大幅度降低以后，又省去了較大的散熱片。 開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點 （ 1） 功耗小，效率高 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 在圖 21 的開關穩(wěn)壓電源電路中，晶體管 V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通到截止和截止到導通的開關狀態(tài)，轉換速度很快，頻率一般為 50HZ 左右。 逆變器：它是把直流轉變?yōu)榻涣鞯难b置。開關穩(wěn)壓電路方框圖如圖 11（ b）所示，由輸入的交流電壓或負載電流的變化所引起的輸出電壓的變化，同樣可通過取樣電路取出其變化量與基 準電路作比較，其誤差電壓通過比較放大器放大，去控制開關脈沖寬度，以達到穩(wěn)定直流輸出的目的。此外，這些年來，我國雖然把無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源的工作頻率從數(shù)十 KHZ 提高到數(shù)百 KHZ，把輸出功率由數(shù)十瓦提高到數(shù)百瓦甚至數(shù)千瓦，但是，由于我國半導體技術與工藝跟不上時代的發(fā)展，導致我們自己研制和生產出的無工頻變壓器開關電源中的 開關管大部分采用的仍是進口的晶體管。工作頻率為 100KHZ～ 200KHZ 的高頻開關穩(wěn)壓電源于 80 年代初期就已開始試制，90 年代初就已試制成功。 70 年代以后，與這種技術有關的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關二極管，開關變壓器鐵芯等元器件也不斷地被研制和生產出來，使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源得到了飛速的發(fā)展，并且被廣泛地應用于電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域中，從而使無工頻變壓器開關穩(wěn) 壓電源成為各種電源中的佼佼者。 60 年代末，由于微電子技術的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變 換器就可以直接由市電經整流、濾波后輸入，不再需要有工頻變壓器降壓了。來說說開關電源的發(fā)展史 : 1955 年美國的科學家羅耶 （ ） 首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激振蕩的晶體管直流變換器。 functions, continued to increase。其在計算機、通信、航天等方面都得到了越來越廣泛的應用，這大大促進了其發(fā)展，從事這方面研究的人也不斷增加，其種類也越來越多。這使開關穩(wěn)壓電源就顯得更加重要了。 關鍵詞 ：開關穩(wěn)壓電源；串聯(lián)；并聯(lián)； 電子 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第