【正文】 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Abstract electronic technology and application of rapid development of electronic instruments and equipment requirements are: in performance, more secure and reliable。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)如何提高穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率、增強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)性、縮小體積減輕重量的研究，使得開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓較高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。近 10 多年來(lái)，我國(guó)的許多研究所、工廠及高等院校已研制出多種型號(hào)的工作頻率在 20KHZ左右，輸出功率在 1000W以下的無(wú)工頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源，并應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視等方面，取得了較好的效果。但是，目前我國(guó)的開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)與一些先進(jìn)的國(guó)家相比仍有較大的差距。它是由全波整流器、開關(guān)管 V、激勵(lì)信號(hào)、續(xù)流二極管 VD、儲(chǔ)能電感 L 和濾波電容 C 組成。這里我們對(duì)直流變換器和逆變器作如下解釋。采用直流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性、數(shù)值各不相同的多種直流供電電壓。 （ 2） 體積小，重量輕 從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖中可以清楚 地看到，這里沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了 500 倍。 （ 6） 開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾 開關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開關(guān)晶體管 V工作在開關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其它元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。特別是對(duì)于無(wú)工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容、高反壓大功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器的磁芯材料等器件，在我國(guó)還處于研究、開發(fā)階段。當(dāng)今，開關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高。 圖 31 串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖及波形圖 這里我只給出了發(fā)射極輸出型的串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖和各點(diǎn)的輸出波形。 在 ton=t1t0 期間，開關(guān)管 V 導(dǎo)通，續(xù)流二極管 VD 因反向偏置而截止。在 t1時(shí)刻，也就是驅(qū)動(dòng)方波正半周 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 10 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 要結(jié)束的時(shí)刻， L 中的電流上升到最大值，其大小為 ILmax= ])][([001 Loi IttL UU ??? (32) 從式 （ 31） 和式 （ 32） 可以計(jì)算出 L 中電流變化 的最大值 △ ILmax為 △ Imax1=ILmaxIL1=onoioi tL UUttL UU ???? )]([ 01 (33) 在 toff=t1t2 期間，開關(guān)管 V截止。此時(shí)泄放掉的電流 iL2 的波形將是鋸齒波中隨時(shí)間線性下降的那一段電流。 式 （ 38） 中的占空系數(shù) ? 與開關(guān)管 V的導(dǎo)通時(shí)間 ton有關(guān)。所以，保持其他條件不變，只改變開關(guān) V的周期時(shí)間 T，同樣也可以使輸出電壓 Uo 發(fā)生變化，這就是頻率調(diào)制型（或稱調(diào)頻型）開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理。 續(xù)流二極 管 VD的選擇 由串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理的分析中已知：當(dāng)開關(guān)晶體管 V 截止時(shí)，儲(chǔ)能電感 L 中所存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量是通過(guò)續(xù)流二極管 VD傳輸給負(fù)載電阻 RL的；當(dāng)開關(guān)晶體管 V導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的電壓近似等于零，這時(shí)的輸入電壓 Ui就全部加到了續(xù)流二極管 VD的兩端。而且電感量較大則電流的變化越平滑；電感量越小，電流變化越陡峭。 那么當(dāng)儲(chǔ)能電感L 的電感量小于這個(gè)臨界值 L0 時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況呢？從圖 23 中可以看出 ,此時(shí) (t=tA)開關(guān)管尚處于截止?fàn)顟B(tài)，但電感 L 中的電流已變?yōu)榱?，于是電?L 上的電壓也為零，開關(guān)管 V 及儲(chǔ)能電感 L 上的電壓波形就會(huì)發(fā)生臺(tái)階式的突變。下面就來(lái)計(jì)算一下儲(chǔ)能電感 L 的臨界電感量 L0。根據(jù)式 （ 317） 所選擇的儲(chǔ)能電感 L 滿足大于臨界電感值 L0，是符合要求的。那么電容兩端電壓的變化量實(shí)際上也就是我們所要計(jì)算的開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓波紋值 △ Uo。因而，在設(shè)計(jì)串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容 C 的容量主要應(yīng)根據(jù)對(duì)電源輸出波紋電壓 △ Uo 的要求來(lái)決定。流過(guò)開關(guān)管 V的最大電流增加，將使其工作狀態(tài)惡化。除此以外，通常還有較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路等各個(gè)部分。從形式看，它們之間的差別只是把圖中的開關(guān)晶體管 V 與儲(chǔ)能電感 L 的位置進(jìn)行了互換。其工作原理如下：當(dāng)開關(guān)晶體管 V 處于導(dǎo)通期間，輸入電壓 Ui 加到儲(chǔ)能電感 L的兩端（這里我們忽略了 V 的飽和壓降），二極管 VD 因被反向偏置而截止。在此期間 ， L 中的泄放電流 iL 是鋸齒波電流的線性下降部分（見(jiàn)圖 31(b)），這期間電流 iL 的變化值為 offoL tLUI ?? 2 (42) 同理，當(dāng)開關(guān)晶體管 V 導(dǎo)通期間在儲(chǔ)能電感 L 中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開關(guān)管 V 截止 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 18 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 期間在儲(chǔ)能電感 L 中減少的電流值。 由于式（ 44）中的占空比 ? 總是小于 1的，所以輸出電壓 Uo總是大于輸入電壓 Ui。 在開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理中，不管是串聯(lián)型還是并聯(lián)型電路，它們的工作都是靠開關(guān)晶體管 V基極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使開關(guān)晶體管 V啟動(dòng)，而工作于導(dǎo)通與截止的開關(guān)狀態(tài)的。 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程是相同的，也是討論對(duì)開關(guān)晶體管 V、二極管 VD、儲(chǔ)能電感 L 和濾波電容 C 的選擇。通常選擇管子時(shí)要有一定的裕量，所以取其工作電壓為 80%的額定電壓值，則有 = 得到 Uceo 為 Uceo=oii UUU ? ? )1( ??? (45) 式 （ 45） 就是設(shè)計(jì)并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，選擇開關(guān)晶體管 V的集電極電壓 Uceo值應(yīng)遵循的關(guān)系式。在開與關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，各種重疊損耗功率是直流平均損耗，因此就可以得到開關(guān)晶體管 V的集電極功耗為 Po=2Pon≈? ?? ??? 12222c e soic e sooionc e soo UIU UUITU tUUI (49) 二極管 VD的選擇 反向電壓的計(jì)算 在開關(guān)晶體管 V 導(dǎo)通期間，二極管 VD因反向偏置而截止，此時(shí) VD上所承受的電壓為輸出電壓 Uo（ V 的正 向飽和壓降被忽略）。在確定電容耐壓的標(biāo)稱值時(shí)應(yīng)留有 50%的裕量，所以，濾波電容 C 的耐壓值應(yīng)由下式來(lái)決定 Uc=2Uo (417) 儲(chǔ)能電感 L的選擇 在分析并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理時(shí)已經(jīng)講過(guò)，在開關(guān)管 V導(dǎo)通的 ton 期間，儲(chǔ)能電感 L 上的電流的增加量應(yīng)與在開關(guān)管 V截止的 toff 期間儲(chǔ)能電感 L上電流的減少量相等，所以有 △ I（ +） =△ IL（ ） (418) 式中，（ +）表示增加量，（ ）表示減小量。已知 ? 與輸入功率 UiIi與輸出功率 UoIo 的關(guān)系為 ooii UIUI ?? iooi UUII ?? (421) 將式 （ 421） 代入式 （ 420） ，并將 ton=T? 、 toff=T(1? )代入后，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)就會(huì)得到儲(chǔ)能電感 L 的實(shí)際計(jì)算公式為 )(7 10 oio i UUfI UL ?? ? (422) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 22 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ fIL o? ?7 )1(10 ?? (423) 這里雖然已經(jīng)推出了儲(chǔ)能電感 L 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算公式，但是，和串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源一樣，在實(shí)際的應(yīng)用和調(diào)試中，也存在著 L 應(yīng)大于臨界電 感量 L0 的問(wèn)題?？刂齐娐钒ㄈ印⒈容^、基準(zhǔn)電壓、脈沖振蕩、脈寬調(diào)制器（或頻率調(diào)制器）等電路。開關(guān)管 V 趨于關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間和趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間的快 慢是降低開關(guān)晶體管 V 損耗功率，提高開關(guān)穩(wěn)壓電源效率的主要因素。 正向驅(qū)動(dòng)結(jié)束時(shí)，驅(qū)動(dòng)幅度要減小，以便使開關(guān)管能很快地脫離飽和區(qū)，以減小關(guān)閉儲(chǔ)存時(shí)間。這種電路的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件少，電路中脈沖變壓器可以與開關(guān)變壓器組合在一 起；缺點(diǎn)是它提供的反偏壓幅值和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與正向驅(qū)動(dòng)電流大小有關(guān)，僅依靠反向激勵(lì)能量有時(shí)不易得到滿意的效果。這 種電路的特點(diǎn)是減小了關(guān)斷儲(chǔ)存時(shí)間及關(guān)斷功耗，提高了開關(guān)管 V的工作頻率；缺點(diǎn)是略微增加了開關(guān)管 V的導(dǎo)通功耗。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是提高了電路的抗干撈能力，避免了管子的誤導(dǎo)通現(xiàn)象。 圖 56 比例驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是有一個(gè)互補(bǔ)推挽式射極跟隨器。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 26 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 57 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) （ 1）所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須滿足對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求； （ 2）根據(jù)所設(shè)計(jì)的開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出功率的大小，在以上所介紹 的各種驅(qū)動(dòng)電路中選擇最合適的驅(qū)動(dòng)電路。 保護(hù)電路 過(guò)流保護(hù) 當(dāng)開關(guān)電源輸出電流超過(guò)額定值或負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)，能保護(hù)電源本身不受 破壞的一種電路稱為過(guò)流保護(hù)電路。實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的方法有許多種，電路也靈活多樣。最常用的