【正文】 術的主要用途之一是為信息產業(yè)服務，信息技術的發(fā)展對電源技術又提出了更高的要求 ,從而促進了開關電源技術的發(fā)展。調寬式開關穩(wěn)壓電源的基本原理如圖 11 所示。其中有 :U0=UmT1/T 式中 , Um 為矩形脈沖的最大電壓值 。由此可知 , 當 Um 與 T不變時 , 直流平均電壓 U0 將與脈沖寬度 T1 成正比。 開關電源的基本原理 開關穩(wěn)壓電源（簡稱 開 關 電源 ）是利用現(xiàn)代 電力電子 技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，開關電源逐步向高頻化方向發(fā)展。 開關穩(wěn)壓電源具有， 效率高， 輸出功率大， 輸入電壓變化范圍寬， 節(jié)約能耗等優(yōu)點， 而被廣泛使用在各個行業(yè)和領域中。 P W M 調制是指開關周期恒定， 通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式， 因為周期恒定， 濾波電路的設計容易，是應用最普遍的調制方式。 共 45 頁 第 6 頁 圖 12. 開關電源的特點 開關電源具有如下特點： (1) 效率高。由于開關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，從而使其重量只有同容量線性電源的 1/5，體積也大大縮小了； (3) 穩(wěn)壓范圍寬。2%以下。在開關電源中，由于可以方便地設置各種形式的保護電路，因此當電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠； (5) 功耗小。 開關穩(wěn)壓電源的發(fā)展 國際發(fā)展史狀況 （ 1）發(fā)展史 1955 年美國的科學家羅耶（ ）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激振蕩的晶體管直流變換器。從而取代了早期采用的 壽命短、可靠性差、轉換效率低的旋轉式和機械振子式換流設備。由于那時的微電子設備及技術十分落后，不能制作耐壓較高、開關速度較高、功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉換的速度也能太高。從此直流變換器就可以直接由市電經整流、濾波后輸入，不再需要有工頻 變壓器了。省掉了工頻變壓器，又使開關穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小。 70 年代以后，于這種技術有關的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關二極管，開關變壓器鐵心等元器件也不斷地被研制和生產出來，使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛應用于電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域中，從而使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。所有從事這方面研究和生產的人們對開關穩(wěn)壓電源中的開關變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關變壓器或者通過別的途徑來取代開關變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設備為小型化的需要。 開關穩(wěn)壓電源的效率是與開關管的變換速度成正比的，并且開關穩(wěn)壓電源中由于采用了開關變壓器以后 ，才能使之有一組輸入得到極性、大小各不相同得多組輸出。但是，當頻率提高以后，對整個電路中的元件又有了新的要求。進一步研制適應高頻率工作的有關電路元器件，是從事開關穩(wěn)壓電源研制的科技人員要解決的問題。但是，在開關穩(wěn)壓電源中的開關管工作在開關狀態(tài)，其交變電壓和電流會通過電路中的元器件產 生較強的尖峰干擾和諧振干擾。隨著愛管穩(wěn)壓電源電路和抑制干擾措施的不斷改進，開關穩(wěn)壓電源的這一缺點得到進一步地克服，可以達到不妨礙一般的電子儀器、設備和家用電器正常工作的程度。 國內發(fā)展情況 我國的晶體管直流變換器及開關穩(wěn)壓電源研制工作始于 60 年代初期。 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穩(wěn)壓電源。工作頻率為 100KHz~~200KHz 的高頻開關穩(wěn)壓電源于 80 年代初期就已開始試制， 90 年代初期就已試制成功。許多年來，雖然我國在無工頻將開關穩(wěn)壓電源方面做了巨大的努力，并 取得了可喜的成果，但是，目前我國的開關穩(wěn)壓電源技術與一些先進的國家相比仍然有角的差距。所以我國的開關穩(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體技術和工藝。這是采用具有眾多優(yōu)點的開關電源就顯得更加重要了。發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進了開關穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面研究和生產的人員也在不斷的增加，開關穩(wěn)壓電源的品種和類型也越來越多。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。 通過調節(jié)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。 開關晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標準的正弦方波電路形式是類是與它激式 （ 4） 晶體管的類型劃分 采用晶體管作為開關管 采用可控硅作為開關 管。 （ 5） 負載的連接方式劃分 儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間 。 （ 6） 按晶體管的連接方式劃分 共 45 頁 第 10 頁 僅使用一個晶體管作為電路中的開關管。 使用兩個開關晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。 使用兩個開關晶體管，將其連接成半橋的形式。 使用四個開關晶體管。它的特點是輸出功率較大 。實際上就是并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源。實際上就是串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源。（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。 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直流輸出電壓。電路的過壓保護也是依據這一部分所提供的取樣信號來進行的。 共 45 頁 第 11 頁 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，在經過變壓隔離器、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。 （ 9） 按電路結構劃分 整個開關穩(wěn)壓電源電路都是采用分立式元器件組成的，它的電路結構較為復雜，可靠性差。這種集成電路通常為厚膜電路。這種電源的特點是電路結構簡單、調試方便、可靠性高。盡管各種電路的激勵方法、輸出直流電壓的調節(jié)方式。 穩(wěn)壓 開關電源的發(fā)展趨勢 隨著穩(wěn)壓開關電源的發(fā)展，技術日益成熟， 發(fā)展的方向也各不相同，但總的有以下四種方向。所以當我們把頻率從工頻 50Hz 提高到 20kHz,提高400 倍的話 , 用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的 5 ~ l 0 % 。同樣 , 傳統(tǒng) 整流行業(yè) 的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造 , 成為 開關變換類電源 , 其主要材料可以節(jié)約 9 0 % 或更高 , 還可節(jié)電 3 0 % 或更多。 共 45 頁 第 12 頁 （ 2） 模塊化 模塊化有兩方面的含義 , 其一是指功率器件的模塊化 , 其二是指電源單元的模塊化。近年 ,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去 , 構成了 智能化 功率模塊 ( I P M ) , 不但縮小了整機的體積 , 更方便了整機的設計制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性 , 有些制造商開發(fā)了 用戶專用 功率模塊 (ASPM), 它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中 , 這樣的模塊經過嚴格、合 理的熱、電、 機械方面的設計 , 達到優(yōu)化完美的境地。 （ 3） 數(shù)字化 在傳統(tǒng)功率電子技術中 , 控制部分是按模擬信號來設計和工作的。但是 , 現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要 , 數(shù)字信號處理技術日趨完善成熟 , 顯示出越來越多的優(yōu)點 : 便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾 ( 提高抗干擾能力 ) 、便于軟件包調試和遙感遙測遙調 , 也便于自診斷、容錯等技術的植入。 （ 4） 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 : 首先是顯著節(jié)電 , 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約 , 而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因 , 所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染 。事實上 ,許多功率電子節(jié)電設備 , 往往會變成對電網的污染源 : 向電網注入嚴重的高次諧波電流 ,使總功率因數(shù)下降 , 使電網電壓耦合許多毛刺尖峰 , 甚至出現(xiàn)缺角和畸變 。這些 共 45 頁 第 13 頁 為 21 世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。這幾年 , 隨著通信行業(yè)的發(fā)展 , 以開關電源技術為核心的通信用開關電源 , 吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。 （ 1） 特性指標 i． 輸出電壓范圍 符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。 ii． 最大輸入－輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內部調整晶體管的耐壓指標。 負載電流 范圍 輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內，直流穩(wěn)壓電源應能保證符合指標規(guī)范所給出的指標。電壓調整率公式見圖 2－ 2－ 1。它表征當輸入電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流 穩(wěn)壓電源的電流調整率。 iv． 溫度穩(wěn)定性 K 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度 Ti最大變化范圍內（ Tmin≤Ti≤Tmax）直流 輸出電壓的相對變化的百分值。 ii． 最大輸出電流 是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。圖 21所示濾波電路是一種復合式 EMI 濾波器， L L2 和 C1 構成第一級濾波，共模電感 L3 和電容 C C3 進行第二級濾波。電阻 R 給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。為了減小漏電流， C C3 宜選用陶瓷電容器。電流互感器的輸出分為電流瞬時值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反 映電流瞬時值。通過調節(jié) R R2 的分壓比可改變開關管的限流值，實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期比較，屬于限流式保護。兩種過流保護互為補充，使電源更為安全可靠。 共 45 頁 第 16 頁 圖 22 電流反饋電路 電壓反饋電路 電壓反饋電路如圖 23 所 示。如果輸出電壓 UO 升高，集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即 UC3842⑴ 腳對地的分流變大， UC3842 的輸出脈寬相應變窄，輸出電壓 UO 減小。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護電路 圖 24 所示為輸出過電壓保護電路。當輸出過壓時， VS 擊穿， V 受觸發(fā)導通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過 UC3842 控制開關管關斷。其特點是除內部 PWM 系統(tǒng)外，還設有多路保護輸入和穩(wěn)定的基準電壓發(fā)生器，同時還具有小電流啟動功能。 UC3842 是美國 Unitrode 公司 [14]生產的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片。主要由 基準電壓源、用來精確地控制占空比調定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差 放大器和適用于驅動功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構成。 UC3842 的引腳及其功能 U c 3 8 4 2V c c7V r e f8R t / C t4V f b2C o m p1O u t6G n d5I S E N S E3 圖 3－ 1 UC3842 的引腳 UC3842 的引腳 如圖 3－ 1 所示 ，其中： ① 腳為內部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和