【正文】 4 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電 源的結(jié)構(gòu) 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖如圖 31 所示。除此以外，通常還有較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路等各個(gè)部分。圖 41(a)是集電極輸出式并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖。從形式看，它們之間的差別只是把圖中的開(kāi)關(guān)晶體管 V 與儲(chǔ)能電感 L 的位置進(jìn)行了互換。這里只畫(huà)出了發(fā)射極輸出型電路各點(diǎn)的電流、電壓波形圖；在后面講述并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理時(shí)，也只講述這一種電路。其工作原理如下：當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管 V 處于導(dǎo)通期間，輸入電壓 Ui 加到儲(chǔ)能電感 L的兩端（這里我們忽略了 V 的飽和壓降），二極管 VD 因被反向偏置而截止。在這期間電流 iL 的變化值為 oniL tLUI ?? 1 (41) 當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管 V截止時(shí)，儲(chǔ)能電感 L 兩端的電壓 極性相反，此時(shí)二極管 VD被正向偏置而導(dǎo)通。在此期間 ， L 中的泄放電流 iL 是鋸齒波電流的線性下降部分（見(jiàn)圖 31(b)），這期間電流 iL 的變化值為 offoL tLUI ?? 2 (42) 同理，當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管 V 導(dǎo)通期間在儲(chǔ)能電感 L 中增加的電流數(shù)值應(yīng)該等于開(kāi)關(guān)管 V 截止 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 18 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 期間在儲(chǔ)能電感 L 中減少的電流值。因此，我們就有 offooni tLUtLU ? (43) 將 ton=T ? 和 toff=T(1? )代入式 (43)，再經(jīng)化簡(jiǎn)、整理可得 Uo=???? 1iiof fon UUtt (44) 這就是并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系。 由于式（ 44）中的占空比 ? 總是小于 1的，所以輸出電壓 Uo總是大于輸入電壓 Ui。 在串聯(lián)型開(kāi) 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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中同樣也可以采用這三種方法來(lái)對(duì)占空比 ? 進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理中，不管是串聯(lián)型還是并聯(lián)型電路，它們的工作都是靠開(kāi)關(guān)晶體管 V基極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使開(kāi)關(guān)晶體管 V啟動(dòng)，而工作于導(dǎo)通與截止的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的。如果輸出端出現(xiàn)短路而造成過(guò)流現(xiàn)象或者由于其它原因而造成輸出端過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，可以使加于開(kāi)關(guān)晶體管 V基極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將開(kāi)關(guān)管 V關(guān)斷，并處于截止?fàn)顟B(tài)，使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源停止工作。 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)過(guò)程是相同的，也是討論對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管 V、二極管 VD、儲(chǔ)能電感 L 和濾波電容 C 的選擇。又從輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系式 （ 44） 得到 Ui=Uo(1? )/? ，考慮到輸入電壓有 10%的波動(dòng)，電感 L 上的反峰尖刺電壓為穩(wěn)壓值的 20%。通常選擇管子時(shí)要有一定的裕量，所以取其工作電壓為 80%的額定電壓值，則有 = 得到 Uceo 為 Uceo=oii UUU ? ? )1( ??? (45) 式 （ 45） 就是設(shè)計(jì)并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，選擇開(kāi)關(guān)晶體管 V的集電極電壓 Uceo值應(yīng)遵循的關(guān)系式。如果不考慮電路中的其它耗散功率的話，那么就會(huì)有： oiooi IIUII ????? 1 (46) 在選擇管子時(shí)，也要留有一定的裕量，應(yīng)把工作電流取為 80%的額定電流值，這樣式（ 46）應(yīng)該改寫(xiě)為 oiooc IUUII ????? (47) 集電極耗散功率 Po的計(jì)算。在開(kāi)與關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，各種重疊損耗功率是直流平均損耗，因此就可以得到開(kāi)關(guān)晶體管 V的集電極功耗為 Po=2Pon≈? ?? ??? 12222c e soic e sooionc e soo UIU UUITU tUUI (49) 二極管 VD的選擇 反向電壓的計(jì)算 在開(kāi)關(guān)晶體管 V 導(dǎo)通期間，二極管 VD因反向偏置而截止，此時(shí) VD上所承受的電壓為輸出電壓 Uo（ V 的正 向飽和壓降被忽略）。（儲(chǔ)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。在確定電容耐壓的標(biāo)稱(chēng)值時(shí)應(yīng)留有 50%的裕量，所以，濾波電容 C 的耐壓值應(yīng)由下式來(lái)決定 Uc=2Uo (417) 儲(chǔ)能電感 L的選擇 在分析并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理時(shí)已經(jīng)講過(guò)，在開(kāi)關(guān)管 V導(dǎo)通的 ton 期間，儲(chǔ)能電感 L 上的電流的增加量應(yīng)與在開(kāi)關(guān)管 V截止的 toff 期間儲(chǔ)能電感 L上電流的減少量相等，所以有 △ I（ +） =△ IL（ ） (418) 式中，（ +）表示增加量，（ ）表示減小量。式 （ 41）給出了儲(chǔ)能電感 L 上電流的增量，式（ 42）又給出了儲(chǔ)能電感 L 上電流的減少量，現(xiàn) 在就可以計(jì)算出儲(chǔ)能電感 L 上電流在一個(gè)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(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，儲(chǔ)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(chǔ)能電感 L 的磁飽和，也減小了開(kāi)關(guān)管 V 的峰值電流、電壓和功耗。已知 ? 與輸入功率 UiIi與輸出功率 UoIo 的關(guān)系為 ooii UIUI ?? iooi UUII ?? (421) 將式 （ 421） 代入式 （ 420） ，并將 ton=T? 、 toff=T(1? )代入后，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)就會(huì)得到儲(chǔ)能電感 L 的實(shí)際計(jì)算公式為 )(7 10 oio i UUfI UL ?? ? (422) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 22 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ fIL o? ?7 )1(10 ?? (423) 這里雖然已經(jīng)推出了儲(chǔ)能電感 L 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算公式，但是，和串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源一樣，在實(shí)際的應(yīng)用和調(diào)試中，也存在著 L 應(yīng)大于臨界電 感量 L0 的問(wèn)題。 5 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的控制、驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路 控制電路 不論是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源還是并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，要能夠保證其正常工作，都需要有相應(yīng)的、要求嚴(yán)格的控制信號(hào)來(lái)和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的，從而使開(kāi)關(guān)晶體管 V能夠安全、可靠地按照我們對(duì)輸出電壓的要求導(dǎo)通與截止?？刂齐娐钒ㄈ印⒈容^、基準(zhǔn)電壓、脈沖振蕩、脈寬調(diào)制器（或頻率調(diào)制器）等電路。其原理框圖如圖 51 所 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 23 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 示。開(kāi)關(guān)管 V 趨于關(guān)斷時(shí)的下降時(shí)間和趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間的快 慢是降低開(kāi)關(guān)晶體管 V 損耗功率，提高開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源效率的主要因素。 驅(qū)動(dòng)波形的要求 驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形的正向邊緣一定要陡，幅度要大，以便減小開(kāi)關(guān)管趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間。 正向驅(qū)動(dòng)結(jié)束時(shí)，驅(qū)動(dòng)幅度要減小，以便使開(kāi)關(guān)管能很快地脫離飽和區(qū)，以減小關(guān)閉儲(chǔ)存時(shí)間。 最為理想的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形如圖 52（ a） 和 (b)所示。這種電路的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件少，電路中脈沖變壓器可以與開(kāi)關(guān)變壓器組合在一 起；缺點(diǎn)是它提供的反偏壓幅值和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與正向驅(qū)動(dòng)電流大小有關(guān)，僅依靠反向激勵(lì)能量有時(shí)不易得到滿意的效果。 圖 53 單極性脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路原理圖 抗飽和驅(qū)動(dòng)器 抗飽和的目的是防止開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通期間進(jìn)入飽和區(qū)太深，以致造成當(dāng)開(kāi)關(guān)管退出導(dǎo)通狀態(tài)而進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的下降時(shí)間太長(zhǎng)，從而造成開(kāi)關(guān)管的攻耗增大。這 種電路的特點(diǎn)是減小了關(guān)斷儲(chǔ)存時(shí)間及關(guān)斷功耗，提高了開(kāi)關(guān)管 V的工作頻率；缺點(diǎn)是略微增加了開(kāi)關(guān)管 V的導(dǎo)通功耗。從圖中可以看到，基極驅(qū)動(dòng)電路中加了一個(gè)固定反偏壓 Eb，這就要求正向驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的幅度和能量足夠大，開(kāi)關(guān)管 V正向?qū)〞r(shí)，除了要有一部分電壓和能量抵消掉反偏 Eb 以外，還要能夠維持開(kāi)關(guān)管 V處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是提高了電路的抗干撈能力，避免了管子的誤導(dǎo)通現(xiàn)象。 圖 55 固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路原理圖 比例驅(qū)動(dòng)電路 這種驅(qū)動(dòng)電路一般都使用于要求電源輸出功率較大的場(chǎng)合 .它的電源理圖如圖 56所示 .這種電路的優(yōu)點(diǎn)是 ,它所提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以隨開(kāi)關(guān)管基極所要求的驅(qū)動(dòng)頻率和驅(qū)動(dòng)電流而變 ,使用較為靈活 。 圖 56 比例驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是有一個(gè)互補(bǔ)推挽式射極跟隨器。它是由兩個(gè)極性相反的管子 V V2 構(gòu)成推挽式射極跟隨器。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 28 頁(yè) 第 26 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 57 互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)器電路原理圖 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) （ 1）所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須滿足對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求； （ 2）根據(jù)所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出功率的大小，在以上所介紹 的各種驅(qū)動(dòng)電路中選擇最合適的驅(qū)動(dòng)電路。所以，目前人們都不采用這種基極固定反偏壓驅(qū)動(dòng)電路，而都采用發(fā)射極開(kāi)路法驅(qū)動(dòng)電路。 保護(hù)電路 過(guò)流保護(hù) 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電流超過(guò)額定值或負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)，能保護(hù)電源本身不受 破壞的一種電路稱(chēng)為過(guò)流保護(hù)電路。它又可以分為限流式保護(hù)和截止式保護(hù)兩種形式。實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的方法有許多種，電路也靈活多樣。 過(guò)壓保護(hù)電路 過(guò)壓保護(hù)電路是一種當(dāng)電源的輸出電壓超過(guò)所要求的額定電壓值時(shí)，就能輸出一個(gè)控制信號(hào)使用電源中的開(kāi)關(guān)管立即停止工作的電路。最常用的