【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接在220V或110V交流電壓上，否則將使開關(guān)燒壞。日光燈短路或漏氣時(shí)，鎮(zhèn)流器的工作電流是正常工作電流的3倍以上，這時(shí)只要在鎮(zhèn)流器的輸出端與燈之間的電路上串接一只自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)，就能非常有效地進(jìn)行過流保護(hù)，提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性。 (2) 檢測(cè)方法 ① 電阻檢查用數(shù)字萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量它的直流電阻，電阻值越小，自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的容量越大。 ② 過流后自動(dòng)恢復(fù)能力的檢查在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的電流容量IH。穩(wěn)壓電源的輸出電壓從零開始逐漸升高，這時(shí)注意電流表的電流讀數(shù)也在不斷增加。當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電流接近或超過自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的電流容量時(shí)，電流表上的電流讀數(shù)突然減小，此時(shí)自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)已進(jìn)入高阻狀態(tài)。關(guān)斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點(diǎn)幾伏開始上升。觀察電流表，如果一段時(shí)間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時(shí)間就是自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間。 熱敏電阻熱敏電阻時(shí)有錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導(dǎo)體陶瓷制成的，具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值降低。熱敏電阻的主要參數(shù)有：(1) RT0：零功率電阻值，表示室溫為25℃時(shí)的電阻值。(2) ：零功率電阻系數(shù)，表示零功率下溫度每變化1℃所引起電阻值的相對(duì)變化率（%/℃）。(3) ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化1℃所消耗功率的相對(duì)變化量（mW/℃）。熱敏電阻在開關(guān)電源中起過溫度保護(hù)和軟啟動(dòng)的作用。過溫保護(hù)時(shí)將熱敏電阻并接在輸入電路中。剛啟動(dòng)時(shí)，溫度低，電阻值高，相當(dāng)于開路。如果電路輸入電壓超高，熱敏電阻就會(huì)發(fā)熱，其電阻值降低，對(duì)輸入電流分流。當(dāng)發(fā)熱越過極限值時(shí)，整流后的輸出電壓降低，開關(guān)電源高頻振蕩停振，或是由于熱敏電阻阻值降低后，將電路保險(xiǎn)絲燒斷，電路與供電電源斷開，起到熱保護(hù)作用。所謂軟啟動(dòng)是指電源剛通電時(shí)，因?yàn)V波電容C的電壓不能突變，容抗趨于零，瞬時(shí)對(duì)電容充電的電流很大，容易損壞電解電容。為了解決這一問題，一般是在電路中串接幾歐姆的電阻，在啟動(dòng)瞬間對(duì)電流加以限制。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。如果將電阻換為熱敏電阻，就可解決這一問題。電路剛通電時(shí)，熱敏電阻的溫度低，阻值很大，瞬時(shí)能對(duì)充電電流加以限制。隨著電流通過發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動(dòng)成功，功耗降低。這就是熱敏電阻對(duì)軟啟動(dòng)的作用。3． 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 開關(guān)電源的控制方式目前生產(chǎn)的開關(guān)電源多數(shù)采用脈寬調(diào)制方式，少數(shù)采用脈沖頻率調(diào)制方式，很少見到混合調(diào)制方式。脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation，PFM）是將脈沖寬度固定，通過調(diào)節(jié)工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。在電路設(shè)計(jì)上要用固定頻率發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓、頻率轉(zhuǎn)換器（例如壓控振蕩器VCO）改變頻率。穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變，而工作周期變長(zhǎng)，使占空比減小，輸出電壓降低。調(diào)頻式開關(guān)電源的輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍很寬，調(diào)節(jié)方便，輸出可以不接假負(fù)載，詳見圖31所示的波形圖。混合調(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。再者，這種開關(guān)電源電路比較復(fù)雜，集成控制電路也不是很多。但是它的占空比調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出電壓能做到很低[6]。 (a) PWM控制方式 (b) PFM控制方式圖31 PWM、PFM控制方式和波形圖開關(guān)電源采用脈寬調(diào)制方式的占很大比例，所以有必要對(duì)脈寬調(diào)制的基本原理加以了解。220V交流輸入電壓經(jīng)過整流（BR）濾波后變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，供給功率開關(guān)管作為動(dòng)力電源。開關(guān)管的基極或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動(dòng)。脈寬調(diào)制器由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、PWM比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖32所示。開關(guān)電源的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大，然后將其差值送到脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓V0下降時(shí)，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到PWM比較器，加寬了脈沖寬度。寬脈沖經(jīng)開關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動(dòng)高頻變壓器，使變壓器初級(jí)電壓升高，然后耦合到次級(jí)，經(jīng)過二極管VD整流和電容C2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。圖32 脈寬調(diào)制的原理圖脈沖頻率調(diào)制的過程是這樣的：如圖33所示，從輸出電壓中取出一信號(hào)電壓并由誤差放大器放大，放大后的電壓與5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電壓Vr，并以此電壓作為控制電壓來調(diào)制VCO的震蕩頻率f。再經(jīng)過瞬間定時(shí)器、控制邏輯和輸出級(jí)，輸出一方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)MOS開關(guān)管，最后經(jīng)高頻變壓器TR和整流濾波獲得穩(wěn)定的輸出電壓V0。假設(shè)由于某種原因而使V0上升或負(fù)載阻抗下降，控制電路立即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整：V0↑→Vr↑→f↓→V0↓。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。這就是PFM的工作原理。假設(shè)電源效率為η，脈沖寬度為m，脈沖頻率為f，則有V0=。當(dāng)確定后，通過調(diào)制VCO的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓V0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。需要指出的是：a、b、c是壓控振蕩器外圍元件連接端，它們將決定振蕩的工作頻率和頻率調(diào)制靈敏度。D端為鋸齒波電壓輸入端，由它改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。圖33 脈沖頻率調(diào)制的基本原理 各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源分析(1) 非隔離型開關(guān)變換器① 降壓變換器Buck電路：降壓斬波器，入出極性相同。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感充放電伏秒積相等，因此： , (31) , (32)即，輸入輸出電壓關(guān)系為：(占空比)UoIDSIDVDIDLIDCID 圖34 Buck電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在開關(guān)管S通時(shí)，輸入電源通過L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)S關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔?，不?huì)超過輸入電源電壓。② 升壓變換器Boost電路：升壓斬波器，入出極性相同。利用同樣的方法，根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)電感L的充放電伏秒積相等的原理，可以推導(dǎo)出電壓關(guān)系： (33)UiIDUoIDSIDVDIDLIDCID圖35 Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這個(gè)電路的開關(guān)管和負(fù)載構(gòu)成并聯(lián)。在S通時(shí)，電流通過L平波，電源對(duì)L充電。當(dāng)S斷時(shí)，L向負(fù)載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓，因而有升壓作用。③ 逆向變換器BuckBoost電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。電壓關(guān)系： (34)UiIDUoIDSIDVDIDCIDL圖36 BuckBoost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S通時(shí)，輸入電源僅對(duì)電感充電，當(dāng)S斷時(shí)，再通過電感對(duì)負(fù)載放電來實(shí)現(xiàn)電源傳輸。所以，這里的L是用于傳輸能量的器件。④ 丘克變換器Cuk電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。電壓關(guān)系： (35)C1C2L2RUoVDL1SUi 圖37 Cuk變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，Ui對(duì)L1充電。當(dāng)S斷開時(shí)，Ui+EL1通過VD對(duì)C1進(jìn)行充電。再當(dāng)S閉合時(shí)，VD關(guān)斷，C1通過LC2濾波對(duì)負(fù)載放電，L1繼續(xù)充電。這里的C1用于傳遞能量，而且輸出極性和輸入相反。(2) 隔離型開關(guān)變換器① 推挽型變換器下面是推挽型變換器的電路。S2S1LCRN1N1 N2N2UiUoT圖38 推挽型變換電路S1和S2輪流導(dǎo)通，將在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。由于電感L在開關(guān)之后，所以當(dāng)變比為1時(shí)，它實(shí)際上類似于降壓變換器。② 半橋型變換器圖39給出了半橋型變換器的電路圖。當(dāng)S1和S2輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源S1TC2電源及電源C1TS2電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。同樣地，這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。C2UiS2S1LRN1 N2N2UoTC1C2圖39 半橋式變換電路③ 全橋型變換器CUiS3S2LRN1 N2N2UoTS4S1圖310 全橋式變換電路當(dāng)SS3和SS4兩兩輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。④ 正激型變換器下圖為正激式變換器TN3CLR N2UoSN1VD1VD2VD3Ui圖311 正激型變換器電路當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，原邊經(jīng)過輸入電源N1S輸入電源，產(chǎn)生電流。當(dāng)S斷開時(shí)，N1能量轉(zhuǎn)移到N3，經(jīng)N3電源VD3向輸入端釋放能量，避免變壓器過飽和。VD1用于整流，VD2用于S斷開期間續(xù)流。⑤ 隔離型Cuk變換器隔離型Cuk變換器電路如下所示： N2C12TC2L2RUoSN1VDUiL1C11圖312 隔離型Cuk變換器當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，Ui對(duì)L1充電。當(dāng)S斷開時(shí)，Ui+EL1對(duì)C11及變壓器原邊放電，同時(shí)給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應(yīng)出脈動(dòng)直流信號(hào)，通過VD對(duì)C12反向充電。在S導(dǎo)通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過LC2濾波后，對(duì)負(fù)載放電。這里的C12明顯是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。⑥ 電流變換器能量回饋型電流變換器電路如下圖所示。S2S1CRN1N1 N2N2UiUoTN4N3VD1VD2VD3圖313 能量回饋型電流變換器電路該電路與推挽電路類似。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。其作用是在SS2斷開期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到N3繞組，通過VD3回饋到輸入端。下面是升壓型變換器的電路圖：S2S1CRN1N1 N2N2UiUoTLVD1VD2圖314 升壓型電流變換器電路該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。在開關(guān)導(dǎo)通期間，L積蓄能量。當(dāng)一側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，電感電動(dòng)勢(shì)和Ui疊加在一起，對(duì)另一側(cè)放電。因此，L有升壓作用。(3) 準(zhǔn)諧振型變換器在脈沖調(diào)制電路中，加入R、L諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。這種開關(guān)電源稱為諧振式開關(guān)電源。利用一定的控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時(shí)切換，這樣對(duì)縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。所以諧振開關(guān)電源是當(dāng)前開關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。又分為：① ZCS——零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時(shí)關(guān)斷。② ZVS——零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時(shí)關(guān)斷。 諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù)為了更好地理解諧振式電源，這里回憶一下電路諧振的條件及其特點(diǎn)。(1) 串聯(lián)電路的諧振一個(gè)R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)阻抗： (36)一定條件下，使得XL=XC，即，此時(shí)的電路狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。明顯地，串聯(lián)諧振的特點(diǎn)是：① 阻抗角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。② 此時(shí)的阻抗最小，電路電流有效值達(dá)到最大。③ 諧振頻率：④ 諧振系數(shù)或品質(zhì)因素： (37)由于串聯(lián)諧振時(shí)，L、C電壓彼此抵消，因此也稱為電壓諧振。從外部看，L、C部分類似于短路。而此時(shí)Uc、UL是輸入電壓U的Q倍。Q值越大，振蕩越強(qiáng)。這里的，我們稱為特性阻抗，它決定了諧振的強(qiáng)度。⑤ 諧振發(fā)生時(shí)，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進(jìn)行充放電過程，形成正弦波振蕩。(2) 并聯(lián)電路的諧振一個(gè)R、L、C并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)導(dǎo)納： (38)一定條件下，使得，即，Y=1/R，此時(shí)電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。明顯地，串并諧振的特點(diǎn)是：① 導(dǎo)納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。② 此時(shí)的導(dǎo)納最小，電路電流有效值達(dá)到最小。③ 諧振頻率：。④ 由于并聯(lián)諧振時(shí)，L、C電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。從外部看，L、C部分類似于開路，L、C各自有效電流卻達(dá)到最大。⑤ 諧振發(fā)生時(shí)，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進(jìn)行充放電過程，形成正弦波振蕩。諧振式電源是新型開關(guān)電源的發(fā)展方向。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過零時(shí)切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。同時(shí)，也使得電源諧波成分大為