【正文】 機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本 反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 50V，向汽車音響提供電源。使開關(guān) S 按要求改變導(dǎo)通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓 Ui 變成矩形脈沖電壓。 T 不變，只改變 TON 來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的方式叫做脈沖寬度調(diào)制 (PWM)。既改變 TON，又改變 T，實現(xiàn)脈沖占空比的調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動電路、過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器 LC 的方法改善瞬態(tài)響應(yīng)特性 [2]。 2%以下。 開關(guān)電源的分類 ，開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制 (PWM)式、脈沖頻率調(diào)制 (PFM)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。 按電路的輸出取樣方式分類，可分為直接輸出取樣開關(guān)電源，間接輸出取樣開關(guān)電源；開關(guān)電源按功率開關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開關(guān)電源、單端反激開關(guān)電源、半橋開關(guān)電源和全橋開關(guān)電源；按功率開關(guān)管與電源供電、儲能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開關(guān)電源和并聯(lián)開關(guān)電源。主開關(guān)電源主要為主負(fù)載電路提供 110～ 145V 的直流電壓。由于它是由行輸出級經(jīng)直流 交流 直流的兩次變換，所以又稱為二次電源。一般要求電源對交流輸入市電電壓的適應(yīng)范圍為 90～ 245V，并對 50Hz 及 60Hz 輸入頻率均能適應(yīng)。副電源電路功率不大，在幾 W 的范圍，既可以用開關(guān)電源實現(xiàn)。正常工作 時，功率開關(guān)晶體管 VT 在開關(guān)驅(qū)動控制脈沖的作用下周期性地在導(dǎo)通、截止之間交替轉(zhuǎn)換，使輸入與輸出之間周期性的閉合與斷開。 并聯(lián)開關(guān)電源 結(jié)構(gòu) 并聯(lián)開關(guān)電源工作原理方框圖如圖 14 所示，功率開關(guān)晶體管 VT 與輸入電壓、輸出負(fù)載并聯(lián)，輸出電壓為： DUU i ?? 1 10 (13) 圖 14 為一種輸出升壓型開關(guān)電源，電路中有一個儲能電感，適當(dāng)利用這個儲能電感，可將并聯(lián)開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源。由于采用變壓器耦合，所以變壓器的初、次級側(cè)可以相互隔離，從而使初級側(cè)電路地與次級側(cè)電路地分開，做到次級側(cè)電路地不帶電，使用安全。 特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高， 熱穩(wěn)定性好。 P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。同類型的高壓板橋驅(qū)動IC 有很完善的保護(hù)機(jī)制，可以很好的應(yīng)用于半橋、全橋、三項全橋等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 (3)脈沖驅(qū)動變壓器 隔離效果好，但是輸出驅(qū)動波形不易控制，輸出驅(qū)動脈沖的寬度不能大范圍調(diào)節(jié)，而且輸出寬脈沖時脈沖變壓器容易飽和，因此主要應(yīng)用于開關(guān)頻率不高的電路 [4]。 電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。均方根值交流電壓表來測量輸入電源電壓，眾多的數(shù)字功率計能精確計量 V、 A、 W、 PF。此項測試系用來驗證電源在最惡劣負(fù)載環(huán)境下，如 在 負(fù)載 斷開 ，用電需求量最小 ， 其負(fù)載電流最低 的條件下，以及在 負(fù)載最多，用電需求量最大 ， 其負(fù)載電流最高的兩個極端下驗證電源的輸出電源穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。 綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器在輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。輸出噪聲是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓及濾波 后 的直流輸出電壓 含 有不需要的交流和噪聲部份 ， 包含低頻50/60Hz 電源倍頻信號、高于 20 KHz 高頻切換信號及其諧波，再與其他隨機(jī)性信號所組成 等 ，通常以 mVpp 峰對峰值電壓為單位來表示。 例如 5V 輸出 電源 ，其輸出噪聲要求為 50mV 以內(nèi) 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 2 章 開關(guān)變換電路 由開關(guān)電源結(jié)構(gòu)可知，開關(guān)穩(wěn)壓器無論何種形式，自激或它激實際上都是由開關(guān)電路和穩(wěn) 壓控制電路兩大系統(tǒng)組成。單端開關(guān)電路受開關(guān)器件最大動作電流的限制以及變換效率的影響，其輸出功率一般在 200W 左右。脈沖變壓器 TC 初、次級都有 兩組對稱的繞組，其相位關(guān)系如圖所示，開關(guān)管用開關(guān) S 代替。此外當(dāng)驅(qū)動脈沖頻率恒定時，紋波率也相對較小。所以輸出功率200W 以上的開關(guān)電源均宜采用推挽電路。二是推挽電路相當(dāng)于單端開關(guān)電路的對稱組合，只有當(dāng)開關(guān)管特性、脈沖變壓器初、次級繞組均完全對稱，脈沖變壓器磁心的磁化曲線在直角坐標(biāo)第Ⅰ、Ⅱ象限內(nèi)所包括的面積，才和第Ⅲ、Ⅳ象限曲線內(nèi)面積相等，正負(fù)磁通相抵消。 自激推挽式變換器 自激推挽式直流脈沖變換器分有兩類，即飽和式推挽變換器和非飽和式變換器。由于 VT2 的基極電路附加了 R2，因此 IB IC2 小于 IC IB1。磁通量飽和的結(jié)果，使其無變量，各繞組感應(yīng)電壓為零， VT1 的正反饋消失，集電極電流 IC1＞ IB1*β ，并迅速減小。 圖 22 飽和式推挽變換器基本電路 飽和型推挽變換器中，開關(guān)管 VT VT 2 必須選擇較大的 ICM。這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是頻率比較穩(wěn)定，其翻轉(zhuǎn)過程只取決于脈沖變壓器和負(fù)載電流。此類推挽變換器常被用于高壓變換器中。在圖 22 中，當(dāng) VT1 導(dǎo)通期， N3 的感應(yīng)脈沖是以正脈沖形式加到 VT1 基極，此時 VT2 處于截止?fàn)顟B(tài)， N4 的感應(yīng)脈沖以負(fù)脈沖形式加到 VT2 基極。正因為如此，這種變換器的工作頻率一般只在 2021Hz 左右，以減小兩管交替導(dǎo)通過程中造成的共態(tài)導(dǎo)通損耗。其中關(guān)系可以由圖 52 看出。為了避免截止?fàn)顟B(tài)反相驅(qū)動脈沖擊穿開關(guān)管的 BE 結(jié)，必須在驅(qū)動電路增加必要的保護(hù)措施，否則即使不擊穿 BE 結(jié)，也會使開關(guān)管處于深度截止?fàn)顟B(tài)，要想使其進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，勢必增加正向驅(qū)動電流，因而使驅(qū)動功率增大，變換器效率降低。截止到目前為止，推挽式、橋式變換器都采用它激電路，以便于在河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 驅(qū)動脈沖輸出之前進(jìn)行 PWM 控制 [ 7]。但是無論是設(shè)計還是調(diào)試，要保持這兩者的嚴(yán)密關(guān)系是十分困難的。雙變壓器飽和式變換器中，則將上述兩種功能分別采用驅(qū)動變壓器和輸出變壓器來完成。 半橋變換電路 半橋式電路顧名思義就是取掉橋式電路中的兩只開關(guān)管，半橋變換器電路如圖 23 所示。 VT1 或 VT2 導(dǎo)通時電感 L 的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感 L 的電流逐漸下降。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格開關(guān)管時，半橋式負(fù)載端電壓為 1/2Uin，輸出功率為橋式電路的 1/4。因此 V1 處于通態(tài)，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 V2 為斷態(tài)，電感 L 的電流逐漸增長； VT 關(guān)斷后，電感 L 通過 V2 續(xù)流， V1關(guān)斷。 變壓器的磁心復(fù)位時間為： onrst tNNt 13? (24) 在電感電流連續(xù)的情況下，輸出電壓表示為： lon UTNtNU 210 ? (25) 輸出電感電流不連續(xù)時，輸出電壓 U0 將高于式 (23)的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓表達(dá)式為： iUNNU 210 ? (26) DC/DC 升壓模塊設(shè)計 從低壓直流到高壓交流的轉(zhuǎn)換必定要設(shè)計升壓方案。所謂后置升壓，就是將升壓環(huán)節(jié)放在逆變、濾波環(huán)節(jié)之后，即先對熱電發(fā)電器輸入的 12V 低壓直流電進(jìn)行逆變、濾波，得到的是低壓正弦交流電，然后對該信號進(jìn)行交流升壓河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 得到所需的正弦交流電輸出。另外壓電升壓器的輸出電壓隨負(fù)載的變化波動較大，難以實現(xiàn)精確控制。其中不隔離直流變換器主要是采用升壓式 (Boost)直流變換電路。當(dāng) VT 導(dǎo)通時，前端直流電源向電感 L 儲能，電感電流增加，感應(yīng)電動勢為左正右負(fù)，負(fù)載由電容C 供電；當(dāng) VT 截止時，電感電流減小，感應(yīng)電動勢為左負(fù)右正，電感中能量釋放，與輸入電壓順極性疊加經(jīng)二極管 V 向負(fù)載供電，并同時向電容充電。 圖 26 所示為正激型開關(guān)電源的主回路。二極管V3 和變壓器繞組 N3 組成變壓器的磁芯復(fù)位電路，以保證在功率管再次開通之前勵磁電流能夠為零。 TL494 能產(chǎn)生PWM，能調(diào)整頻率和脈寬，還有一路基準(zhǔn)電壓，這些都滿足 DCDC 的條件，采用不同拓 撲，得到升壓和降壓，如圖： 1，采用推挽（ pushpull）方式，升壓，可以改變反饋電阻，得到其他電壓； 2，采用 BUCK 拓?fù)浣祲?，可以改變反饋電阻，得到其他電壓? 其外形圖如圖 31。 (4)內(nèi)止 5V 參考基準(zhǔn)電壓源。 TL494 的工作原理 TL494 是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出脈沖的寬度是通過電容 CT 上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進(jìn)行比較來實現(xiàn)。 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器， 一路送往誤差放大器的輸入端。兩個誤差放大器具有從 到（ ）的共模 輸入范圍 [11]。 TL494 內(nèi)部電路框圖見圖32。 (3)觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使內(nèi)部 2 只開關(guān)管既可輸出雙端時序不同的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路，也可輸出同相序的單端驅(qū)動脈沖，驅(qū)動單端開關(guān)電路。若用于驅(qū)動 MOS FET 管，則需另加 入灌流驅(qū)動電路 [12]?？山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。 3 腳電壓反比于輸出脈寬，也 可利用該端功能實現(xiàn)高電平保護(hù)。 5 腳為鋸齒波振蕩器外接定時電容端。當(dāng)通過外接負(fù)載電阻引出輸出脈沖時，為兩路時序不同的倒相輸出，脈沖極性為負(fù)極性，適合驅(qū)動 P 型雙極型開關(guān)管或 P 溝道 MOS FET 管。 2 腳為 Vcc、輸入端。接地時為兩路同相位驅(qū)動脈沖輸出， 11 腳和 10 腳可直接并聯(lián)。 的基準(zhǔn)電壓，最大負(fù)載電流為 10mA。經(jīng)相應(yīng)的門電路去控制 TL494 內(nèi)部的兩個驅(qū)動三極管交替導(dǎo)通和截止，通過 8 腳和 11 腳向外輸出相位相差 180176。為增大輸出可將 2 個三極管并聯(lián)。 TL494 內(nèi)部的穩(wěn)壓電源將外部供給的 +12V 電壓變換成 +5V 電壓，除提供芯片 內(nèi)部電路作電源外，并通 過 14 腳對外輸出 +5V 基準(zhǔn)電 源 13 腳為輸出脈沖控制端，當(dāng) 3 腳接地時，輸出脈沖最大占空比為 96%，當(dāng)接高電位時，最大占空河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 比為 48%。反饋電壓信號 UF 由微機(jī)處理后引入 1 腳，與 2 腳的給定值 UG 比較后，產(chǎn)生調(diào)制脈寬的控制信 號，使輸出直流電壓保持穩(wěn)定。以 EXB840 為核心構(gòu)成的驅(qū)動電路中，驅(qū)動模塊 EXB840的電源為 +20V，在模塊內(nèi)部將 20V 電壓變換為 +15V 和 5V 兩種電壓，供 IGBT柵 射極導(dǎo)通時所需正偏電壓和關(guān)斷時所需的負(fù)偏壓。此類一體化音響，無論生產(chǎn)商標(biāo)出 2*35W 還是 200W+200W，其實仍為早期的雙聲道功放，其每聲道真正輸出有效功率不會大于 20W，普通產(chǎn)品不會超過2*6W。 DC 變換器重出江湖。在此情況下，從上世紀(jì)末，歐洲生產(chǎn)的汽車音響中開始采用DCDC 變換器，將 12V 蓄電池供電變換為177。 汽車音響供電電源中采用 DCDC 變換器，而不采用升壓式開關(guān)電源，是經(jīng)過縝密考慮的。 開關(guān)電源無論采取 PWM 還是 PCM，其能量輸出是由脈沖變壓器電磁轉(zhuǎn)換形成的，開關(guān)管導(dǎo)通時，向脈沖變壓器存儲磁能，開關(guān)管截止時，磁能轉(zhuǎn)換成電能，向負(fù)載提供電壓。可惜，這一切為時已晚，在此過程中輸出信號難免失真，同時也增大了電源紋波脈沖，使放大器的噪聲增大。 根據(jù)上述原理，上世紀(jì)末，歐洲開始在轎車音響上配置直流變換器， 與汽車功放配套。 30V/15A 的輸出可以向四聲道的放大器供電，輸出 4*60W 的有效功率其中“ Monacor HPB150為最早的產(chǎn)品，其功放變換器采用分立元件組裝成自激推挽式變換器，共采用 13 只三極管，電路較復(fù)雜，裝調(diào)也不方便。變換器的振蕩器和控制河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 系統(tǒng)全部集成在 IC（ TL494）內(nèi)部。 TL494 內(nèi)部兩組驅(qū)動級，由第 9， 10 腳輸出時序不同的正向脈沖。在該變換器中， TL494 各腳功能及應(yīng)用如下： 第 1 腳為第一組誤差放大器的反相輸入端。當(dāng)?shù)?2 腳輸出高電平時，誤差放大器輸出端（第 3 腳）輸出恒定的低電平，該電平在 TL494 內(nèi)部控制比較器組成的 PWM 調(diào)制器，輸出最大脈寬 45%，其余 5%作死區(qū)時間。第 4 腳電平達(dá)到 時，驅(qū)動脈沖被關(guān)斷。 第 8， 11 腳通過外接電阻接至 Vcc=12V。 第 14 腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端，輸出 5