兩種開關式電源電路

熊小剛

摘 要：開關式直流電源的輸出電路處于開關狀態(tài)，即間歇式工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)相對于普通的全波整流的直流電源來說具有較高的工作效率，因而在目前的許多電子電路中得到廣泛應用。本文主要對兩種開關式電源電路的結構及工作過程進行了介紹。

關鍵詞：開關式；電源；電路

一、開關式正負對稱直流電源

開關式直流電源的輸出電路處于開關狀態(tài)，即間歇式工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)相對于普通的全波整流的直流電源來說具有較高的工作效率，因而在目前的許多電子電路中得到廣泛應用。由于應用廣泛，因此也就有了不少專供組成開關電源的集成電路。在找不到專用集成電路的情況下，采用555集成電路來組成開關電源也是一種經濟有效的辦法，下面介紹一種采用NE555組成的正負對稱式直流開關電源，電路組成如圖1所示。

1. 電路結構與組成

電路工作原理分析本電路主要由三部分組成：工作電源部分、輸出電路和開關控制電路。

工作電源部分包括橋式整流和電源濾波兩部分。電路中，VDI～VD4組成橋式全波整流電路，將交流市電直接整流為高壓直流電源。

2. 電路工作過程

由橋式整流電路輸出的直流電源經電阻Rl降壓，電感L與電容Cl、C2、C3組成的濾波電路濾波后，向輸出電路和開關控制電路供電。其中Cl、C3用來濾除電源中的高頻尖脈沖；C2用來使輸出的直流電源變得平滑，降低電源中的紋波。電感L除用來作電源濾波外，還能阻止開關電源中的高頻開關脈沖對外電源的干擾。

開關控制電路是由NE555與R2、RP、C5及VD5組成的可調式多諧振蕩器，其振蕩頻率應調整為約20kHz。電路中，R4為振蕩電路的電源降壓電阻，直流電源由橋式整流電路輸出后，雖然經過了Rl的降壓，但電壓仍然很高，通過R4的降壓和DW的穩(wěn)壓，使振蕩電路得到約12V的直流工作電壓。

電阻R7接至.NE555的⑤腳與地之間，用來改變555電路內部兩個電壓比較器的輸入端的分壓比。R7的阻值較小，僅為240Ω，這就使555電路的觸發(fā)電壓遠小于VDD/3。這樣設置的目的是使振蕩電路輸出脈沖的幅度增大，有利于對輸出電路的控制。

電路中，電位器RP的作用是調節(jié)振蕩脈沖的占空比，其中主要的還是脈沖的寬度。當脈沖的寬度增大時，輸出電壓升高，反之則降低。

開關控制電路中還包括脈沖輸出管VT1和輸出短路保護管VT2。當振蕩電路輸出脈沖的前沿到來時，VT1導通，輸出變壓器T的初級線圈回路被接通，變壓器T的初級有電流流過；當脈沖后沿過后，VT1截止，變壓器T的初級沒有電流流過。這就是開關控制電路對輸出電路的控制作用?？刂泼}沖的寬度大，VT1的導通時間就長，變壓器初級流過電流的時間也長，輸出電壓就高；反之輸出電壓就低。

VT2組成短路保護電路，當負載過重或有短路時，VT2導通，將NE555的④腳鉗位于低電平，振蕩電路停振，保護了輸出電路。

C7、Rl0組成另一個保護電路，當變壓器短時出 高峰尖脈沖時，C7、Rl0能將其吸收，這有效地防止了VT1的c-e極間被擊穿，保護了脈沖輸出管VT1的安全。

直流電源輸出電路由輸出變壓器T、橋式整流電路和濾波電容等組成。輸出變壓器是一個帶有中心抽頭的次級，它的輸出電壓為上、下對稱。由變壓器T的次級輸出的電壓，經VD6～VD9組成的橋式整流電路整流，濾波電容C8、C9的濾波，由輸出端輸出。

由于開關電源輸出的開關脈沖頻率高達20kHz，所以輸出變壓器T的鐵芯可采用E 14×14 （mm）的鐵氧體磁芯，變壓器的體積可以做得很小。

本電源最大輸出電流為1.2A，電壓調節(jié)范圍為±20～±30V。

二、開關式電源變換電路

這是一例由高壓直流電源變?yōu)榈蛪褐绷麟娫吹拈_關式電源變換電路。高壓電源為15V的直流電源，通過變換變?yōu)?V的直流電源，以適應工作電路的需要，這種電源變換方式相比前面的變換方式具有更高的效率。

1. 電路結構與組成

電路組成如圖2所示。

2. 電路工作過程

電路工作原理分析本電路組成較為簡單；15v直流電源輸入后，首先通過濾波電容Cl，用來消除因負載等變化造成的電壓波動。

NE555與R2、C2組成多諧振蕩器，產生對開關管進行控制的控制脈沖，脈沖頻率約lOOkHz。電路中，Rl、DW組成一個基準電壓源電路，為NE555的⑤腳提供一個穩(wěn)定的基準電壓，以確保振蕩電路輸出脈沖幅度的一致。

由電源的輸出端并聯一只電位器RP，作為輸出電路的電壓取樣電路。RP的滑動點連接到NE555的觸發(fā)端②腳，當輸出電壓發(fā)生波動時，通過取樣電路將這一變化取樣后加至NE555的②腳，通過②腳電壓的變化，自動調整輸出脈沖的寬度，使輸出電壓恢復穩(wěn)定。

中功率開關晶體管VT （3DK4B）作為電源輸出的調整管串聯接在輸出回路中，它受振蕩電路輸出脈沖的控錯，按照脈沖的頻率不停地開、關。當開關管導通時，有電流輸出；當開關管截止時，停止電流輸出。當基極所加脈沖寬度符合標準時，輸出端輸出標準電壓；當脈沖寬度變化時，輸出電壓跟著變化。

振蕩電路中NE555電路的輸出端③腳與VT （.3DK4B）的基極間所加的C3和VD1稱為加速電路，用來加速輸入到3DK4B基極脈沖的狀態(tài)轉換（由于脈沖頻率約lOOkHz；這種電路的加入是十分必要的）。

電感L、電容C4等組成輸出濾波電路，將輸出電流的脈沖狀態(tài)變?yōu)槠交闹绷麟娫?。由于輸出脈沖的頻率較高，所以采電感作為濾波元件是十分必要的，在一般的開關電源電路中均采用電感作為濾波元件。