【正文】 波形圖圖11 開(kāi)關(guān)電源的工作原理定義脈沖占空比如下： （11）式中，T表示開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期；ton表示開(kāi)關(guān)S在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的導(dǎo)通時(shí)間。由于PWM式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開(kāi)關(guān)電源用的較多。由于開(kāi)關(guān)頻率不固定，所以PFM方式的輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不宜實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。在各種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應(yīng)用。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。（3） 信號(hào)源：產(chǎn)生控制信號(hào)，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)，也可以是PFM信號(hào)或其他信號(hào)。圖12 開(kāi)關(guān)電源基本組成框圖除此之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)電路、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定。 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)電源具有以下特點(diǎn)：（1） 效率高。調(diào)整管的效率一般為80%90%，高的可達(dá)90%以上。開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V范圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在以下。（3） 功耗小。采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHz以上，所以濾波元件的數(shù)值可以大大減小。由于開(kāi)關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，所以電源的重量只是同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保護(hù)功能可靠。這是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源研制首要困難。但是，當(dāng)頻率提高以后，整個(gè)電路中的元器件也要隨之更新以滿足其需要，比如高頻電容、開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電感等。線性穩(wěn)壓電源工作在線性狀態(tài)，具有穩(wěn)壓和濾波雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源沒(méi)有開(kāi)關(guān)干擾問(wèn)題，且其輸出紋波電壓較小。隨著電源電路和抗干擾措施的不斷改進(jìn)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)已得到一定的改善，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、設(shè)備和家用電器正常工作。所以，科技人員也必須克服穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍。材料之新、用途之廣，是它快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＤ壳耙鉀Q的問(wèn)題有：(1) 元器件問(wèn)題。 (2) 能源變換問(wèn)題。這些變換的實(shí)現(xiàn)都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大。開(kāi)關(guān)電源的軟件開(kāi)發(fā)目前只是剛剛起步，例如軟開(kāi)關(guān)，雖然它的損耗低，但難以實(shí)現(xiàn)高頻化和小型化。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。往往在試驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)上會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)的開(kāi)關(guān)電源其工作頻率期望達(dá)到2~10MHz，效率達(dá)到95%，功率密度達(dá)到3~6W/cm2，長(zhǎng)期使用完好，壽命在80000h以上。 開(kāi)關(guān)電源的主要類(lèi)型 控制方式1. 脈沖寬度調(diào)制式由于開(kāi)關(guān)電源輸出直流電壓表達(dá)式（12）可知，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間通，可以調(diào)整輸出電壓Uo，達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率f由自激或它激方式產(chǎn)生。3. 脈沖調(diào)頻調(diào)寬式這種控制方式是利用反饋控制回路，既控制脈沖寬度ton，又控制脈沖開(kāi)關(guān)周期T，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖占空比D，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。它激式開(kāi)關(guān)電源需要外部振蕩器，用以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)管，使開(kāi)關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 輸出取樣方式取樣電路是電源反饋電路的重要部分，取樣方式對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有決定作用。1. 直接取樣電路圖13為直接輸出取樣電路在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用實(shí)例。采用直接輸出取樣方式的開(kāi)關(guān)電源安全性好，且具有便于空載維護(hù)、穩(wěn)壓反應(yīng)速度快、瞬間響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。該電路不但簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，而且提高了電路的可靠性。在開(kāi)關(guān)變壓器上專(zhuān)門(mén)設(shè)置有取樣繞組（即2繞組），取樣繞組感應(yīng)的脈沖電壓經(jīng)VD811整流，在濾波電容C815兩端產(chǎn)生供取樣的直流電壓。間接輸出取樣方式的缺點(diǎn)是響應(yīng)慢，當(dāng)輸出電壓因輸入電壓等原因發(fā)生突變時(shí)，輸出電壓的變化需經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器磁耦合才能反映到取樣繞組兩端，所以穩(wěn)壓的動(dòng)態(tài)效果一般。電路中專(zhuān)設(shè)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生的振蕩器，電路形式如圖13（c）所示。在顯示設(shè)備的PWM式開(kāi)關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。（2） 集成電路式由集成電路組成電源電路或電路的一部分，這種集成電路通常為厚膜電路。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、調(diào)試方便。3. 按輸入與輸出電壓大小劃分（1）升壓式輸出電壓比輸入電壓高，實(shí)際就是并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。 圖16 串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源原理圖 圖17 并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源原理圖4. 按開(kāi)關(guān)管電流的工作方式劃分（1）開(kāi)關(guān)型用開(kāi)關(guān)晶體管把直流變成高頻標(biāo)準(zhǔn)方式，電路形式類(lèi)似于他激式。以上五花八門(mén)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源都是站在不同的角度，已開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。第2章 自激式開(kāi)關(guān)電源自激式開(kāi)關(guān)電源價(jià)格低廉，電路簡(jiǎn)單，目前仍有較多的電子設(shè)備采用此類(lèi)電源完成多種電壓輸出，包括升/降電壓、改變極性等功能?；镜淖约な诫娫词遣桓綦x式的，輸入電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)管控制后構(gòu)成輸出電壓，輸入與輸出共用負(fù)極為公共端。 自激式開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和保護(hù)電路 自激式降壓電源的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 基本結(jié)構(gòu)降壓型開(kāi)關(guān)電源是最基本的開(kāi)關(guān)電源，圖21是自激式降壓開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖。設(shè)開(kāi)關(guān)周期為T(mén)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間為ton，開(kāi)關(guān)管截止時(shí)間為toff。由于C的容量選擇范圍較大，在ton的全部時(shí)間內(nèi)，C建立的充電電壓極小，以保證ton期間的電能全部變成L的磁場(chǎng)能量。C在兩次充電過(guò)程中，兩端建立的充電電壓正比于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton。為了控制輸出電壓，用分壓器對(duì)輸出電壓取樣，送入誤差放大器的正相輸入端。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，誤差放大器輸出電壓升高，通過(guò)脈寬控制電路使開(kāi)關(guān)管提前截止，脈沖寬度T1減小，迫使輸出電壓降低。VT1為開(kāi)關(guān)管；T為儲(chǔ)能電感；VD1為續(xù)流二極管；CC3分別為輸入和輸出電壓濾波電容；VT2為脈寬調(diào)制器；VT3為誤差檢出放大器；VZDR4構(gòu)成基準(zhǔn)電壓；RR6為輸出電壓取樣分壓器。T有兩種功能：一是由初級(jí)繞組12構(gòu)成儲(chǔ)能電感；二是初級(jí)繞組12和次級(jí)繞組34構(gòu)成脈沖變壓器，使得VT1可以依靠脈沖變壓器的正反饋?zhàn)饔卯a(chǎn)生振蕩。電路中的振蕩器為發(fā)射極輸出反饋電路。充電開(kāi)始，輸入電壓幾乎全部加在T繞組12兩端，線性上升的T初級(jí)電流在T次級(jí)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從T繞組3端經(jīng)RC1加到VT1的基極。VT1發(fā)射極電流的上升，使T繞組3端產(chǎn)生加強(qiáng)的感應(yīng)脈沖，加入VT1基極使IB上升，使得IE以IE=（β+1）IB倍的速度增長(zhǎng)，直到達(dá)到飽和，使VT1基極電流失去對(duì)IE的控制功能為止，此時(shí)VT1進(jìn)入飽和區(qū)。T繞組3端輸出下降的感應(yīng)脈沖，加到VT1基極，同樣的正反饋過(guò)程使VT1快速截止，完成一個(gè)振蕩周期，開(kāi)關(guān)管完成一次通/斷過(guò)程。同時(shí)R2還有限制正反饋電流的作用，以免正反饋電流過(guò)大使VT1進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)，從而增大VT1基區(qū)的存儲(chǔ)效應(yīng)，加大開(kāi)關(guān)管的損耗。VT2構(gòu)成VT1振蕩脈寬控制器，具有對(duì)VT1基極電流的可變分流作用。在振蕩過(guò)程中，如果VT2導(dǎo)通使VT1正反饋電流被分流，即可減小VT1的IB，使VT1提前進(jìn)入轉(zhuǎn)折點(diǎn)。上述即為VT2的脈寬調(diào)制功能。VT3為誤差檢出和電流放大管，其發(fā)射極接入簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路。當(dāng)VT3發(fā)射極電壓固定以后，VT3的集電極電流受基極電流的控制。VT2發(fā)射極電壓基本與輸入電壓近似，因而VT2始終工作于正向偏置狀態(tài)的線性區(qū)，一旦VT2飽和導(dǎo)通，VT1將截止，無(wú)法持續(xù)振蕩。為了實(shí)現(xiàn)降壓作用，以使U1與U2之降壓比在2：1以內(nèi)。因?yàn)榇蠓鹊慕档碗妷罕厝灰M量壓縮VT1的導(dǎo)通期，導(dǎo)通期的過(guò)度減小會(huì)使VT1的自激振蕩狀態(tài)處于臨界振蕩，導(dǎo)致振蕩不穩(wěn)定，使U2的穩(wěn)定性受到影響。此外，VT1導(dǎo)通期過(guò)小，輸出電流也無(wú)法增大。 降壓型電源保護(hù)電路降壓型開(kāi)關(guān)電源的輸出過(guò)壓保護(hù)至關(guān)重要，因?yàn)檩敵鲭妷撼瑝?，不僅開(kāi)關(guān)電源本身受損，負(fù)載電路也同時(shí)會(huì)損壞。該器件有A、K、G三只腳，外表與晶閘管相同，用于保護(hù)電路時(shí)，在G極和K極之間外電路加入R、C，防止干擾脈沖造成晶閘管誤觸發(fā)。實(shí)用中一旦開(kāi)關(guān)電源負(fù)債過(guò)流引起開(kāi)關(guān)管擊穿，將造成嚴(yán)重超壓，使開(kāi)關(guān)電源和負(fù)載電路同時(shí)損壞。在開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓輸出端，設(shè)置負(fù)載電流取樣電阻R0，通過(guò)R0將負(fù)載電流I0變成過(guò)流電壓。該電路具有自鎖功能，一旦負(fù)載電流增大的持續(xù)時(shí)間超過(guò)C的充電時(shí)間，電路觸發(fā)后，即使負(fù)載電流恢復(fù)正常也不能解除保護(hù)狀態(tài)，必須關(guān)斷電源排除過(guò)流因素，晶閘管才能復(fù)位。R1和C1構(gòu)成保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)電路，防止開(kāi)機(jī)瞬間負(fù)載電流沖擊造成電路誤動(dòng)作。用分壓電阻將U2分壓，將分壓點(diǎn)經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管接入晶閘管控制極。由于穩(wěn)壓管有比較準(zhǔn)確的穩(wěn)定電壓值，特性曲線比較陡，反向電流較小，因此這種過(guò)壓保護(hù)精度可以達(dá)到輸出電壓2%以內(nèi)，優(yōu)于上述簡(jiǎn)單的過(guò)壓保護(hù)電路。選用好元器件，是決定開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問(wèn)題。開(kāi)關(guān)器件的特征：開(kāi)關(guān)電源的電子器件和處理信息的電子器件有所不同，其具有以下特征：(1) 處理電功率的范圍寬，即承受電流和電壓的能力強(qiáng)，這是開(kāi)關(guān)器件重要的參數(shù)，其處理的能力大至兆瓦級(jí)，小至毫瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件?！?3) 開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。　　(4) 電路中的開(kāi)關(guān)器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件溫度過(guò)高而損壞，不僅在開(kāi)關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開(kāi)關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。它的耐壓能力為600～1800V，電流容量為100～400A，在開(kāi)關(guān)電源中作功率開(kāi)關(guān)用，具有MOSFET與之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。② 有很高的輸入阻抗，柵極驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。IGBT的導(dǎo)通電阻只有MOSFET的十分之一。⑤開(kāi)關(guān)速度快。若兩次測(cè)出的阻值都較大，說(shuō)明黑表筆接觸的是基極，且為PNP型晶體管。則將黑表筆接觸另一電極再判別一回，最多判別三回，必然判別出基極。而且兩次測(cè)量值接近，則紅表筆接觸的電極為基極，且為NPN型。另一次顯示溢出，則紅表筆接觸的不是基極。、e極及測(cè)量HFE①判別c、e極在判別出基極和極型后，進(jìn)一步判別c極和e極。對(duì)于NPN型晶體管，則將黑表筆接基極，紅表筆分別接觸另外兩個(gè)引腳，兩次測(cè)量中阻值較小的一次測(cè)量時(shí)，紅表筆所接觸的引腳為c極，另一引腳為e極。 開(kāi)關(guān)二極管二極管在電子電路中用得較多，功能各異。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過(guò)100℃。以下介紹幾種二極管的特點(diǎn)及檢測(cè)方法。高速開(kāi)關(guān)硅二極管是高頻開(kāi)關(guān)電源中的一個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開(kāi)關(guān)特性。在開(kāi)關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如1N4141N4448。(2) 最大管壓降VFM：。(4) 反向恢復(fù)時(shí)間trr：小于10ns。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過(guò)穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。Ⅰ、穩(wěn)壓二極管的分類(lèi)穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。各種型號(hào)規(guī)格齊全。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標(biāo)稱(chēng)值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。Ⅲ、穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：① 穩(wěn)定電壓VZ。② 穩(wěn)定電流IE。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。一般正向電阻為6，反向電阻為無(wú)窮大，可從讀出的負(fù)載電壓計(jì)算出正向?qū)▔航?。超快速恢?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間在20～50ns之間；整流電流Id為最大輸出電流IOM的3倍以上，即Id3IOM；最高反向工作電壓VRM為最大反向峰值電壓V(BR)S的2倍以上，即VRM2V(BR)S。光電耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、接收及信號(hào)放大。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出隔離的作用。又由于光耦合器的輸入端為電流型低阻元件，因而共模抑制能力很強(qiáng)。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)