【文章內容簡介】 的混合。本課題主要研究脈沖寬度調制（PWM）技術。 常見的開關穩(wěn)壓電源分類方法有下列幾種：按激勵方式劃分有：（1）反激式。電路中專設激勵信號產生的震蕩器。（2）自激式。開關管兼作震蕩器中的震蕩管。按調制方式劃分有：（1）脈寬調制型。震蕩頻率保持不變，通過改變脈沖寬度來改變和調節(jié)輸出電壓的大小。有時通過取樣電路、耦合電路等構成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。（2）頻率調整型。占空比保持不變，通過改變震蕩器的震蕩頻率來調節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的幅度。（3）混合型。通過調節(jié)到導通時間的振蕩頻率來完成調節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。按開關管電流的工作方式劃分有：（1）開關型。用開關晶體管把直流變成高頻標準方波，電路形式似于他激式。（2）諧振型。開關晶體管與LC諧振回路將直流變成標準正弦波，電路形式類似于自激式。按儲能電感與負載的連接方式劃分有：（1）串聯(lián)型。儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間。（2）并聯(lián)型。儲能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓之間。按晶體管的連接方式劃分有：（1）單端式。僅使用一個晶體管作為電路中的開關管。這種電路的特點是價格低、電路結構簡單，但輸出功率不能提高。（2）推挽式。使用兩個開關晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。這種電路的特點是開關變壓器必須具有中心抽頭。（3）半橋式。使用兩個開關晶體管，將其連接成半橋的形式。它的特點是適應輸入電壓較高的場合。（4）全橋式。使用四個開關晶體管，將其連接成全橋的形式。它的特點是輸出功率較大。按工作方式劃分有：（1）可控整流型。所謂可控整流型開關穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調整開關管，可由交流市電電網直接供電，也可用電壓器變壓后供電。（這種供電方式在開關穩(wěn)壓電源剛興起的初期常常采用，目前基本上不太采用。（2）斬波型。斬波型開關穩(wěn)壓電源是指直流供電，輸入直流電壓加到開關電路上，在開關電路的輸出端得到單向的脈動直流，經過濾波得到與輸入電壓不同的穩(wěn)定的輸出電壓。電路還從輸出電壓取樣，經過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產生的脈沖信號，用以控制調整開關的導通時間和截止時間的長短或開關的工作頻率，最后達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。電路的過壓保護電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號來進行工作的。（3）隔離型。這種形式的開關電源是在輸入回路與逆變電路之間、經過高頻變壓器（也可稱為開關變壓器），利用磁場的變化實現(xiàn)能量傳遞，沒有電流間的直流流通。隔離型開關穩(wěn)壓電源采用直流供電，經過開關電路，將直流電變成頻率很高的交流電，再經過變壓器、變壓（升壓或降壓），然后經整流器整流，最后就可以得到新的、極性和數(shù)值各不相同的多組直流輸出電壓。電路從輸出端取樣，經放大后反饋至開關控制端，控制驅動電路的工作，最后達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種形式的開關穩(wěn)壓電源在實際應用得最為廣泛。按控制信號的隔離方式分有：（1）采用光電耦合的隔離方式。（2）采用變壓器的隔離方式。（3）電壓/頻率變換、頻率/電壓變換、用變壓器隔離控制信號的方式。（4）采用磁放大器的隔離方式。以上開關穩(wěn)壓電源的品種都是站在不同的角度，以開關穩(wěn)壓電源不同的特點命名的。盡管各種電路的激勵方法、輸出直流電壓的調節(jié)手段、儲能電感的連接方式、開關管器件種類以及串并聯(lián)結構等各不相同，但是它們最后總可以歸結為串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型穩(wěn)壓電源這兩大類。本章小結：開關電源的發(fā)展經歷了從線性電源、相控電源到開關電源的發(fā)展歷程，而開關電源具有功率效率高等特點。本章主要通過線性電源和開關電源的比較和區(qū)別，分析了它們的優(yōu)缺點，從中特出了開關電源的重要作用。同時，本章也介紹了開關電源的基本組成、工作原理和分類方法。第三章：主要電路的設計第三章：主要電路的設計 控制、驅動和保護電路的設計 不論是降壓型開關電源、升壓型開關電源，還是極性反轉型開關電源電路，要能夠保證其正常工作，都需要相應的、要求非常嚴格的控制信號來控制和調節(jié)驅動器所產生的驅動信號，從而使電路中的功率開關管能夠安全、可靠地按照我們對輸出電壓的要求所對應的脈沖寬度或脈沖頻率來導通或者截止。產生這種控制信號的電路即為開關電源電路中的控制電路。常用的控制電路包括取樣、比較、基準源、振蕩器、脈寬調制器（PWM）或脈頻調制器（PFM）等電路。目前，新型的較為先進的開關穩(wěn)壓電源電路中還包括有誤差檢測和誤差放大電路部分。它們均是把輸出端的不穩(wěn)定因素（其中包括過流、過壓、欠壓、過熱等現(xiàn)象）檢測出來并放大后輸送給調制電路，最后使調制電路通過調節(jié)驅動信號的脈沖寬度或者頻率來消除這些不穩(wěn)定因素的，整個電路形成一個具有自適應能力的自動控制反饋閉合環(huán)路，其等效原理圖如下圖31所示： 圖31 開關電源等效原理圖 對于自激式開關電源電路來說，控制電路起著從主電路中取出驅動信號的任務；對于他激式開關電源電路來說，控制電路則起著要產生控制信號的任務；對于雙端式開關電源電路來說，則要求控制電路能夠產生兩個相位差為180度、具有一定死區(qū)間隔、脈沖寬度可以調節(jié)的控制脈沖信號。因此，不同類型的開關電源電路對控制電路的在求是各不相同的。下圖所示的開關電源電路就是一個采用分立器件組成的脈沖寬度固定、脈沖頻率可調的控制電路。圖中的二極管VD4 在電路中起增大功率開關管V1反壓的作用。圖 所示的開關電源電路卻是一個采用分立元器件組成的脈沖頻率固定、脈沖寬度可調的控制電路。開關電源中驅動電路的作用是將控制電路的驅動脈沖放大到足以激勵開關晶體管，它是決定PWM型開關電源優(yōu)劣的要素之一。開關電源電路中的功率開關管要求在關斷時能夠迅速地關斷，并能維持關斷期間的漏電流近似等于零件；在導通時要能夠迅速地導通，并能維持導通期間的管壓降近似等于零。功率開關管趨于關斷時的下降時間和趨于導通時的上升時間的長短是降低功率開關管損耗功率、提高開關穩(wěn)壓電源轉換效率的主要因素。要縮短這兩個時間，除選擇高反壓、高速度、大電流功率開關管以處，主要還取決于加在功率開關管基板的驅動信號。下面是常用的幾種驅動電路的設計方法。單端式脈沖變壓器驅動電路單端式脈沖變壓器驅動電路實際上是一個單端正激式逆變器電路，其原理電路如圖32所示。這種電路的優(yōu)點是電路結構簡單，所用元器件少，電路中的脈沖驅動變壓器可以與功率開關變壓器合用一個；缺點是它所提供的反向偏壓幅度和持續(xù)時間的長短與正向驅動電流的大小和持續(xù)時間有關，僅依靠反向激勵能量有時不易得到滿意的效果。因此，這種電路僅適宜在較小功率的條件下使用。圖32 單端式驅動電路原理圖 圖33 抗飽和驅動電路原理圖抗飽和驅動電路抗飽和的目的是防止功率開關管在導通期間進入飽和區(qū)太深，以致造成當功率開關管退出導通狀態(tài)而進入截止狀態(tài)時的下降時間太長，從而造成功率開關管的功耗增大。為了實現(xiàn)這一目的，從圖33所示的抗飽和驅動原理電路中可以看出，因此就可以防止功率開關管進入深飽和區(qū)狀態(tài)。這種電路的特點是減小了關斷存儲時間即關斷功耗，提高了功率開關管的工作頻率；缺點是略微增加了功率開關管的導通功耗。比例驅動電路這種比例驅動電路一般都使用于要求電源輸出功率較大的場合，電路的優(yōu)點是它所提供的驅動信號可以隨功率開關管基極所要求的驅動頻率和驅動電流而變化，使用較為靈活，并且可以實現(xiàn)初、次級的隔離等；缺點是電路結構較為復雜，若不采用光耦合器進行耦合或隔離，就得采用變壓器進行耦合或隔離。固定反偏壓驅動電路圖34所示的電路就是一個固定反偏壓驅動電路的原理電路圖。從圖中可以看出，基極驅動電路中加進了一個固定反偏壓E，這就要求正向驅動脈沖信號的幅度和能量足夠大，功率開關管正向導通時，除了要有一部分電壓和能量來抵消掉反偏壓E以外，還要能夠維持功率開關管處于飽和導通狀態(tài)。當正向驅動脈沖信號結束后，反偏壓E通過一個阻值較小的電阻R立即加到功率開關管的基極，使功率開關管能夠以很快的速度、在很短的時間內達到了降低功率開關管功耗的目的。這種電路的優(yōu)點是提高了電路的抗干擾能力，避免了功率開關管的誤導通現(xiàn)象；缺點是增加了一組負電源，使電路結構變得較為復雜。圖34 固定反偏壓驅動電路原理圖 圖35 互補驅動電路原理圖 互補驅動電路互補驅動電路實際上是一個互補推挽式射極跟隨器電路，其最基本的電路原理如圖35所示。它由兩個極性相反的晶體管V1和V2構成推挽式射極跟隨電路。這種電路特別適應容性負載的場合，能使電源電路中功率開關管的上升沿和下降沿的特性變好，能降低功率開關管的功率損耗；缺點是構成電路的這兩個極性相反的晶體管要求較為嚴格，必須配對。發(fā)射極開路式驅動電路發(fā)射極開路式驅動電路的原理電路如圖125所示。這種驅動電路主要是為了消除固定反偏壓驅動電路所存在的反偏壓二次擊穿的潛在危險而設計的。其缺點是對元器件選擇和要求較為苛刻，也就是要求電路中的晶體管V1放大倍數(shù)。 圖36 發(fā)射極開路式驅動電路原理圖 開關電源的質量指標應該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術指標滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設計多種保護電路，比如防浪涌的軟啟動，防過壓、過熱、過流等保護電路。對于開關電源的保護電路的要求一般要做到如下幾點：（1）軟啟動自動保護電路的延遲時間一定要大于開關電源電路中一次整流和濾波電路的恢復時間，主要是指一次整流后的濾波電容的充電時間。（2）過流、過壓和過熱保護電路中的取樣處理、反饋控制和關斷功率開關管等過程所用的時間總和要小于功率轉換周期時間，也就是這些保護電路的控制關斷功率速度一定要快。只有這樣才能夠做到即保護了負載系統(tǒng)，又保護了穩(wěn)壓電源電路本身免遭破壞。（3）對于過流保護電路來說，當導致產生過流現(xiàn)象的故障被排除后，或過流現(xiàn)象恢復后，電源電路要能夠自動恢復正常工作。另外對于一些較為先進的電子設備和機電產品中的電源系統(tǒng)，不但要求具有各種保護電路，而且還要求肯有各種狀態(tài)顯示以及自診斷功能。一款好的LED開關電源除了需要穩(wěn)定、高效、可靠外，電路的各種保護措施也必須精心設計，以避免在復雜環(huán)境條件下能夠迅速的對電源電路和負載進行有效保護，現(xiàn)在介紹LED開關電源的幾種常見保護電路。 　　過電流保護電路 在直流LED開關電源電路中，為了保護調整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當輸出電流超過某一值時，調整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流。如圖1所示，過電流保護電路由三極管BG2 和分壓電阻RR5組成。電路正常工作時，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結承受反向電壓。于是BG2 處于截止狀態(tài)（相當于開路），對穩(wěn)壓電路沒有影響。當電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當于接地，則BG2 處于飽和導通狀態(tài)（相當于短路），從而使調整管BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止狀態(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。 圖37 LED開關電源輸入過電流保護電路　　過電壓保護電路 　　直流LED開關電源中開關穩(wěn)壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。如果開關穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源（諸如蓄電池和整流器）的電壓如果過高,將導致開關穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內部器件,因此LED開關電源中有必要使用輸入過電壓保護電路。圖3為用晶體管和繼電器所組成的保護電路，在該電路中，當輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻R，使晶體管T導通，繼電器動作，常閉接點斷開，切斷輸入。輸入電源的極性保護電路可以跟輸入過電壓保護結合在一起,構成極性保護鑒別與過電壓保護電路。 圖38 LED開關電源輸入過電壓保護電路　　軟啟動保護電路 　　開關穩(wěn)壓電源的電路比較復雜，開關穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間,濾波電容器會流過很大的浪涌電流,這個浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會使普通電源開關的觸點或繼電器的觸點熔化,并使輸入保險絲熔斷。另外，浪涌電流也會損害電容器,使之壽命縮短,過早損壞。為此,開機時應該接入一個限流電阻,通過這個限流電阻來對電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率，以致影響開關穩(wěn)壓器的正常工作,而在開機暫態(tài)過程結束后，用一個繼電器自動短接它,使直流電源直接對開關穩(wěn)壓器供電，這種電路稱之謂直流LED開關電源的“軟啟動”電路 。 　　過熱保護電路 　　直流LED開關電源中開關穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內部的元器件對其工作環(huán)境溫度的要求沒有相應提高，必然會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率直流LED開關電源中應該設過熱保護電路。 本文采用溫度繼電器來檢測電源裝置內部的溫度，當電源裝置內部產生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機告警電路處于告警狀態(tài)，實現(xiàn)對電源的過熱保護。如圖39所示，在保護電路中將P型控制柵熱晶閘管放置在功率開關三極管附近，根據(jù)TT10