【正文】 ┊ ┊ ┊ =CLTtU offo8 (318) = )1(82ioo UUCLTU ? (319) 由串聯(lián)型開關(guān)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(guān)系著電源輸出電壓中波紋電壓分量 △ Uo 的大小。此時的電感量就稱為臨界電感量 L0。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(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開關(guān)穩(wěn)壓電源。 為了分析方便和統(tǒng)一，對一些常用的物理量符號定義如下： Ui直流變換器的輸入電壓； iC開關(guān)晶體管的導(dǎo)通電流； iD續(xù)流二極管的正向電流； uce開關(guān)晶體管的集電極對發(fā)射極的電壓降； uL儲能電感兩端的電壓降； iL儲能電感中流過的電流； RL供電系統(tǒng)的等效電阻； Io開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電流； Uo開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓； Ton開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波正半周的寬度； Toff開關(guān)晶體管的截止時間，即開關(guān)管集電極輸出方波或正弦波低電平的寬度； T開關(guān)管由開到關(guān)一個周期所用的時間，即 T=ton+toff； f開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率，它與周期時間 T之間的關(guān)系為 f=1/T； ? 開關(guān)穩(wěn)壓電源的占空比，也稱為占空系數(shù)， ? =ton/T； ? 開關(guān)穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率，它等于輸出功率 Po與輸入功率 Pi的比值，即 ? =Po/Pi； t? 上升時間，開關(guān)管由完全截止到完全 導(dǎo)通所需的時間； t? 下降時間，開關(guān)管由完全導(dǎo)通到完全截止所需的時間； 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ t? 存儲時間，是開關(guān)管由飽和導(dǎo)通向截止轉(zhuǎn)換時所出現(xiàn)的一段存儲時間。 （ 4） 濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減小 開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在 50KHZ，是線性穩(wěn)壓電源的頻率的 1000 倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了 1000 倍。 (a) (b) 圖 開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖及其等效原理框圖 實際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個直流變壓器。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘要 電子技術(shù)和應(yīng)用迅速地發(fā)展，對電子儀器和設(shè)備的要求是：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不斷地增加；在使用上，自動化程度要越來越高；在體積上，要日趨小型化。從而極大地擴大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。脈沖調(diào)寬電路的作用是對開關(guān)脈沖寬度進行調(diào)制，即用誤差電壓作為調(diào)制信號，使開關(guān)脈沖寬度受誤差電壓控制。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計人員可以根 據(jù)實際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。復(fù)雜的串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路還包括取樣、基準、放大、調(diào)節(jié)和驅(qū)動等電路。這是構(gòu)成電源的最基本條件，所以下面的關(guān)系式一定成立： of foonoi tLUtLUU ?? (37) 將式 （ 37） 化簡整理后得到輸出電壓 Uo 與輸入電壓 Ui之間的關(guān)系為 Uo=iiof fon on UUtt t ??? (38) 這就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo和輸入電壓 Ui之間的比值也剛好等于這個占空比。當(dāng)電感量小到一定值時就會發(fā)生這樣一種情況：在開關(guān)管截止瞬間，電感 L 中儲存的能量也剛剛釋放完畢，這時的 ILmin=0。設(shè)這段時間內(nèi)電容 C 兩端電壓的變化量為 △ Uo2。這里只畫出了發(fā)射極輸出型電路各點的電流、電壓波形圖；在后面講述并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理時，也只講述這一種電路。如果輸出端出現(xiàn)短路而造成過流現(xiàn)象或者由于其它原因而造成輸出端過壓現(xiàn)象時，可以使加于開關(guān)晶體管 V基極的驅(qū)動信號將開關(guān)管 V關(guān)斷，并處于截止?fàn)顟B(tài)，使開關(guān)穩(wěn)壓電源停止工作。式 （ 41）給出了儲能電感 L 上電流的增量，式（ 42）又給出了儲能電感 L 上電流的減少量，現(xiàn) 在就可以計算出儲能電感 L 上電流在一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)變化的峰值為： △ I=△ IL（ +） △ IL（ ） =△ IL1△ IL2 =onooni tLUtLU ? = L tUtU offooni ? (419) 在實際設(shè)計和應(yīng)用中，儲能電感 L 上的峰值電流 （ Ii+△ I/2） 不應(yīng)大于最大平均電流的 20%，這樣就可以避免儲能電感 L 的磁飽和，也減小了開關(guān)管 V 的峰值電流、電壓和功耗。 最為理想的驅(qū)動信號波形如圖 52（ a） 和 (b)所示。它是由兩個極性相反的管子 V V2 構(gòu)成推挽式射極跟隨器。 過壓保護電路 過壓保護電路是一種當(dāng)電源的輸出電壓超過所要求的額定電壓值時，就能輸出一個控制信號使用電源中的開關(guān)管立即停止工作的電路。 圖 55 固定反偏壓驅(qū)動電路原理圖 比例驅(qū)動電路 這種驅(qū)動電路一般都使用于要求電源輸出功率較大的場合 .它的電源理圖如圖 56所示 .這種電路的優(yōu)點是 ,它所提供的驅(qū)動信號可以隨開關(guān)管基極所要求的驅(qū)動頻率和驅(qū)動電流而變 ,使用較為靈活 。 驅(qū)動波形的要求 驅(qū)動信號波形的正向邊緣一定要陡，幅度要大，以便減小開關(guān)管趨于導(dǎo)通時的上升時間。（儲能電感 L上的電壓降和二極管 VD 的正向?qū)▔航颠@里都被忽略掉了。 在串聯(lián)型開 關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理中，有三種方法可以改變占空比 ? ，而在并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源中同樣也可以采用這三種方法來對占空比 ? 進行調(diào)節(jié)。圖 41(a)是集電極輸出式并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。若令 RL=RLmax，將數(shù) 2 取為 ，即可得到 fRL L )1(max ??? 此式與式 （ 317） 完全相同，是符合設(shè)計原則的。 為了提高整機的效率，減小內(nèi)部功耗，一定要選擇正向?qū)妷航档偷睦m(xù)流二極管。此刻，續(xù)流二極管 VD 開始正向?qū)ǎ?L 中的磁能將通過 VD 和負載電阻 RL開始泄放。這暴露出開關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個缺點：那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修較麻煩。由于這兩方面的原因，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小、重量輕。所以我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進水平，最根本的是要提高我國的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的晶體 管直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機械振子式換流設(shè)備。通過對這兩大類開關(guān)穩(wěn)壓 電源計算、分析、研究及設(shè)計，目的在于在以后的電子技術(shù)中，通過對某些地方的改變，能夠發(fā)明出相對應(yīng)所需要的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 1974 年研制成功了工作頻率為 10KHZ、輸出電壓為 5V 的無工頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。當(dāng)穩(wěn)壓電路、高壓電路、負載等出現(xiàn)故障或短路時，能自動切 斷電源，保護功能靈敏可靠。它的工作過程可以從開關(guān)管的導(dǎo)通、截止以及開關(guān)電源實現(xiàn)動態(tài)平衡等過程來理解。 占空系數(shù) ? 不但與開關(guān)管 V 的導(dǎo)通時間 ton有關(guān)，而且也與開關(guān)管 V 開與關(guān)的周期時間 T有關(guān)，也就是與工作頻率 f 有關(guān)。所以，在設(shè)計開關(guān)穩(wěn)壓電源電路時，應(yīng)選擇電感量 L大于臨界電感量 L0。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）。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。開關(guān)晶體管 V 上所承受的電壓實際為 =。產(chǎn)生這種控制信號的電路即為控制電路。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(guān)管 V進入深飽和區(qū)狀態(tài)。這種方法能大大提高功率開關(guān)管的關(guān)閉速度，并消除了反偏二次擊穿的潛在危險。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)。 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。目前， 新型的和較為先進的開關(guān)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。 集電極電流的計算 從并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理可見：在晶體管導(dǎo)通期間，流過開關(guān)晶體管 V的電流也就是在該期間內(nèi)流過儲能電感 L 中的電流，也就是輸入電流 Ii。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。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(guān)管最大電流的作用。 圖 32 L 值對 應(yīng)不同的 iL 的關(guān)系曲線 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 33 LL0 時，開關(guān)管及電感 L 的電壓波形圖 由定義，只要求出開關(guān)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。 同時改變開關(guān)管 V 的導(dǎo)通時間 ton和開與關(guān)的周期時間 T（或者工作頻率 f），同樣也可以起到調(diào)節(jié)和改變占空系數(shù) ? 或者輸出電壓 Uo。儲能電感 L 兩端所加的電壓為 UiUo。此外，由于開關(guān)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(wǎng)，使附近的其它電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴重的干擾。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點 （ 1） 功耗小，效率高 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 28 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 在圖 21 的開關(guān)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(dǎo)通到截止和截止到導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為 50HZ 左右。工作頻率為 100KHZ～ 200KHZ 的高頻開關(guān)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。 functions, continued to increase。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)