脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源

摘要：傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但效率低、功耗大。文章介紹了脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理，詳細(xì)介紹了兩類開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作過程及電路結(jié)構(gòu)：串聯(lián)降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電路及并聯(lián)升壓式穩(wěn)壓電路。

關(guān)鍵詞：開關(guān)穩(wěn)壓電源；脈寬調(diào)制；串聯(lián)降壓式；并聯(lián)升壓式。

基金項目：合肥學(xué)院教研項目2008jyyb36

在電子電路中，通常都需要穩(wěn)定的直流電源供電，小功率的穩(wěn)壓電源可以直接用電源變壓器、整流電路、和穩(wěn)壓電路構(gòu)成。這種電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但是當(dāng)負(fù)載要求功率較大、而且效率較高時通常要采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)穩(wěn)壓電源效率可高達85％以上，穩(wěn)壓范圍寬，精度高，不使用電源變壓器等特點，是一種較理想的穩(wěn)壓電源，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各種電子設(shè)備中。

一、開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理

開關(guān)穩(wěn)壓電源將來自市電整流濾波不穩(wěn)定的直流電壓變換成交變的電壓。然后又將交變電壓轉(zhuǎn)換成各種數(shù)值穩(wěn)定的直流電壓輸出，開關(guān)穩(wěn)壓電壓電路中的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，即主要工作在飽和導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。開關(guān)式穩(wěn)壓電源按控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源。

對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Vo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓V可由公式計算，即V0=Vm×ton/T，式中Vm為矩形脈沖最大電壓值，T為矩形脈沖周期；ton為矩形脈沖寬度，從上式可以看出，當(dāng)Vm與T不變時，直流平均電壓V0將與脈沖寬度ton成正比。這樣，只要我們設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩(wěn)定電壓的目的。開關(guān)穩(wěn)壓電路的種類很多，本文主要介紹用BJT和MOSFET作為開關(guān)管的串聯(lián)降壓型、并聯(lián)升壓型兩種開關(guān)穩(wěn)壓電壓的組成和工作原理。

二、兩種基本類型及電路結(jié)構(gòu)

1、串聯(lián)降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路

如圖1所示，主電路增加了二極管D和LC組成的高頻整流濾波電路以及產(chǎn)生固定頻率的三角波電壓(VT)發(fā)生器和比較器c組成的控制電路。圖中VI是整流濾波的輸出電壓，VB是比較器的輸出電壓，利用VB控制調(diào)整管T將VI變成斷續(xù)的矩形波電壓圖1：串聯(lián)降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源電路原理圖 VE(VD)。當(dāng)VA>VT時，VB為高電平，T飽和導(dǎo)通，輸入電壓VI經(jīng)T力H到二極管D的兩端，電壓VE等于VI，此時二極管D承受反向電壓而截止，負(fù)載中有電流i0流過，電感L儲存能量，同時向電容器充電。輸出電壓V0略有增加。當(dāng)VA

2、并聯(lián)(升壓)型開關(guān)穩(wěn)壓電路

并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路，電路如圖2所示，與負(fù)載并聯(lián)的開關(guān)調(diào)整管T為MOSFET，電感接在輸入端，L c為儲能元件，D為續(xù)流二極管，圖中控制電壓VG為矩形波，控制T的導(dǎo)通與截止，當(dāng)控制電壓為高電平時(ton期間)，T飽和導(dǎo)通，輸入電壓VI直接加到電感L兩端，電流i L線性增加，電感產(chǎn)生左正右負(fù)反電動勢，儲存能量VL≈VI，二極管反偏而截止，此時電容已充電向負(fù)載提供電流，并維持V0不圖3：升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源變；當(dāng)VG為低電平時(toff期間)T截止，iL不能突變電感L產(chǎn)生左負(fù)右正的電動勢VL，此時輸入側(cè)的電壓為：VL+VI常稱為升壓電感。當(dāng)VL+VI>0時，D導(dǎo)通，VL+VI給負(fù)載提供電流i0，同時又向c提供充電電流i C，此時iL=i C+i0。輸出電壓V0>VI稱為升壓型的開關(guān)穩(wěn)壓電路。T導(dǎo)通時間越長，L儲能越多，因此當(dāng)T截止時電感向負(fù)載釋放能量越多，在一定負(fù)載電流條件下，輸出電壓就越高。

文章討論兩種基本開關(guān)穩(wěn)壓電源。當(dāng)然我們討論的只是基本原理圖，實際的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路通常還有過流、過壓等保護措施。