【正文】 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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，隨著電子技術(shù)的發(fā)展及人們對如何提高穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率、增強對電網(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)運而生。由于那時的微電子設(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，所以這個時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，我國的許多研究所、工廠及高等院校已研制出多種型號的工作頻率在 20KHZ左右，輸出功率在 1000W以下的無工頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源，并應(yīng)用于電子計算機、通信、電視等方面，取得了較好的效果。但是，目前我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)與一些先進(jìn)的國家相比仍有較大的差距。它是由全波整流器、開關(guān)管 V、激勵信號、續(xù)流二極管 VD、儲能電感 L 和濾波電容 C 組成。這里我們對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，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通過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，就會嚴(yán)重地影響整機的正常工作。特別是對于無工頻變壓器開關(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時刻，也就是驅(qū)動方波正半周 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 要結(jié)束的時刻， 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。此時泄放掉的電流 iL2 的波形將是鋸齒波中隨時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，儲能電感 L 中所存儲的磁場能量是通過續(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，集電極和發(fā)射極之間的電壓近似等于零，這時的輸入電壓 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)儲能電感L 的電感量小于這個臨界值 L0 時會發(fā)生什么情況呢？從圖 23 中可以看出 ,此時 (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 及儲能電感 L 上的電壓波形就會發(fā)生臺階式的突變。下面就來計算一下儲能電感 L 的臨界電感量 L0。根據(jù)式 （ 317） 所選擇的儲能電感 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際上也就是我們所要計算的開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓波紋值 △ Uo。因而，在設(shè)計串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源時，濾波電容 C 的容量主要應(yīng)根據(jù)對電源輸出波紋電壓 △ Uo 的要求來決定。流過開關(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（論文）報告紙 共 28 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 期間在儲能電感 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)動信號使開關(guān)晶體管 V啟動，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 并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計過程是相同的，也是討論對開關(guān)晶體管 V、二極管 VD、儲能電感 L 和濾波電容 C 的選擇。通常選擇管子時要有一定的裕量，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)計并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源時，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 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)由下式來決定 Uc=2Uo (417) 儲能電感 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已經(jīng)講過，在開關(guān)管 V導(dǎo)通的 ton 期間，儲能電感 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)過化簡就會得到儲能電感 L 的實際計算公式為 )(7 10 oio i UUfI UL ?? ? (422) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ fIL o? ?7 )1(10 ?? (423) 這里雖然已經(jīng)推出了儲能電感 L 實際應(yīng)用計算公式，但是，和串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源一樣，在實際的應(yīng)用和調(diào)試中，也存在著 L 應(yīng)大于臨界電 感量 L0 的問題。控制電路包括取樣、比較、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)斷時的下降時間和趨于導(dǎo)通時的上升時間的快 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)動結(jié)束時，驅(qū)動幅度要減小，以便使開關(guān)管能很快地脫離飽和區(qū)，以減小關(guān)閉儲存時間。這種電路的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單，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；缺點是它提供的反偏壓幅值和持續(xù)時間的長短與正向驅(qū)動電流大小有關(guān)，僅依靠反向激勵能量有時不易得到滿意的效果。這 種電路的特點是減小了關(guān)斷儲存時間及關(guān)斷功耗，提高了開關(guān)管 V的工作頻率；缺點是略微增加了開關(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)動器電路原理圖 互補驅(qū)動電路 互補驅(qū)動電路實際上是有一個互補推挽式射極跟隨器。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 26 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 57 互補驅(qū)動器電路原理圖 驅(qū)動電路的設(shè)計 （ 1）所設(shè)計驅(qū)動電路的輸出驅(qū)動信號必須滿足對驅(qū)動波形的要求； （ 2）根據(jù)所設(shè)計的開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出功率的大小，在以上所介紹 的各種驅(qū)動電路中選擇最合適的驅(qū)動電路。 保護(hù)電路 過流保護(hù) 當(dāng)開關(guān)電源輸出電流超過額定值或負(fù)載出現(xiàn)短路時，能保護(hù)電源本身不受 破壞的一種電路稱為過流保護(hù)電路。實現(xiàn)過流保護(hù)的方法有許多種，電路也靈活多樣。最常用的