用三角波控制開關電源開關晶體管工作方法的研究

徐敏，程立松

（上饒職業技術學院，江西上饒 334109）

用三角波控制開關電源開關晶體管工作方法的研究

徐敏，程立松

（上饒職業技術學院，江西上饒 334109）

采用三角波控制開關電源開關晶體管，克服了PWM控制方法存在的控制脈沖死區設定和調節的困難，解決了推挽式變換器、半橋式變換器及全橋式變換器存在開關晶體管共態導通的問題，既提高了開關電源的可靠性，又便于調試。

開關電源；開關晶體管；三角波；控制方法

1 引言

隨著開關電源的使用率不斷提高，對于中、大功率的開關電源的可靠性要求越來越高，由于開關電源開關晶體管是工作在高壓開關狀態，其可靠性決定了開關電源的可靠性。目前電源變換器電路大多采用推挽式、半橋式和全橋式。三種變換器工作原理的共同點是：在一個對稱矩形波控制下，電源變換器中的兩只或兩對開關晶體管交替導通（飽和）或截止，完成高壓斬波功能。

由于晶體管在矩形脈沖的控制下，存在一定的開通時間和關斷時間，而關斷時間比開啟時間要長得多，影響了開關頻率的提高，更加嚴重的是會出現開關晶體管共態導通而產生輸入高壓短路，損壞開關晶體管和其它元器件。在目前采用的PWM控制技術中，克服共態導通的方法是在控制脈沖在正負交替處設置一定的死區時間（共同截止時間），其時間必須大于晶體管的最長關斷時間，但由于電源外部環境的變化及強干擾的作用下，共態導通問題仍是影響開關電源可靠性的主要因素。

解決開關電源共態導通問題，就必須減小晶體管的關斷時間，在方波的控制下無法完成，其原因是晶體管只在深度飽和與截止兩個狀態下工作，特別是從飽和到截止沒有經過放大區，存儲的電荷消散慢。如果采用三角波（或梯形波）控制開關晶體管，晶體管飽和到截止狀態必須經過放大區，加速了存儲電荷的泄放，大大縮短了晶體管的關斷時間。

2 三角波（梯形波）控制法

以半橋變換器為例：

圖1 基本半橋變換器電路原理圖

圖2 控制信號三角波

圖2為控制信號三角波，設晶體管的飽和和導通的輸入電壓值為UZ，用D5、D6穩壓管進行限幅，其限幅電壓值略大于UZ，以防止晶體管發射結擊穿。

控制U1正半周、負半周分別對晶體管V1、V2進行控制。以U1的正半周控制晶體管V1為例，當晶體管為硅開關晶體管時，其導通電壓為0.5V。控制信號在0～0.5V時，晶體管V1進入正偏狀態，V2反偏截止，當U1＞0.5V時，晶體管V1開始導通，其集電極電流隨著U1的上升而增大，U1＝U2時，晶體管V1進入深度飽和狀態，集電極電流維持一定值，為圖中t1時間，控制信號為t2時間，控制信號開始下降，晶體管V1從深度飽和向放大區變化，直到截止。負半周時晶體管V2導通，V1截止，工作過程同上。由于晶體管從飽和經過放大區進入截止區，大大縮短了晶體管的關斷時間，克服了兩只晶體管共態導通的發生。

圖3 晶體管的V1、V2的Ube、ic的梯形波形

晶體管V1、V2的基極電壓和集電極電流如圖3所示。

輸出電壓穩壓控制：當負載加重或輸入電壓變低時，輸出電壓變低，通過電壓取樣來控制三角波信號幅度上升，如圖2所示的U2，晶體管導通時間增多，梯形波上部變寬，使輸出電壓上升；反之，當輸出電壓變高時，控制三角波信號的幅度下降，達到輸出電壓穩定的目的。

3 小結

三角波（梯形波）控制的優點是開關晶體管從飽和到截止的速度快，可以提高開關頻率，控制電路簡單，調試維修方便等。其缺點是當輸出功率較小時，電源的轉換效率不高，適用于負載比較穩定的場所，如圖2所示0.6時，θ角越大，其電源的轉換效率就越高，一般地，θ的值為60°≤θ≤80°。

Study on Triangle Wave Controlling Power Switch of Transistors

Xu Min，Cheng Lisong
（Shangrao Vocational and Technical College，Shangrao，Jiangxi，334109）

The paper introduces the adoption of triangle wave in controlling power switch to control transistors，which overcomes the problems of blind areas in control pulse of PWM control method.Moreover，the method helps remove the problem of switch transistors conduction in different converters and promote the reliability of power switch.The method is easy to debug.

power switch；switch transistor；triangle wave；controlling method

TN32

B

1009－9522（2014）01－0014－02

2013－10－23

徐敏，上饒職業技術學院教師。