開關穩壓電源原理圖

一、開關式穩壓電源的基本工作原理

開關式穩壓電源接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開發和使用的開關電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調製型。因此下面就主要介紹調寬式開關穩壓電源。
調寬式開關穩壓電源的基本原理可參見下圖。



對於單極性矩形脈衝來說，其直流平均電壓Uo取決於矩形脈衝的寬度，脈衝越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Ｕ。可由公式計算，即Uo=Um×T1/T
式中Um —矩形脈衝最大電壓值；
T —矩形脈衝周期；
T1 —矩形脈衝寬度。
從上式可以看出，當Um與T不變時，直流平均電壓Uo將與脈衝寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈衝寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。

二、開關式穩壓電源的原理電路


1、基本電路




圖二 開關電原基本電路框圖
開關式穩壓電源的基本電路框圖如圖二所示。
交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最後再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。
控制電路為一脈衝寬度調製器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調製及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，製成了各種開關電源用集成電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。

２．單端反激式開關電源

單端反激式開關電源的典型電路如圖三所示。



電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激，是指當開關管VT1導通時，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應電壓為上正下負，整流二極體VD1處於截止狀態，在初級繞組中儲存能量。當開關管VT1截止時，變壓器Ｔ初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容Ｃ濾波後向負載輸出。
單端反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用於相對固定的負載。
單端反激式開關電源使用的開關管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200kHz之間。

３．單端正激式開關電源

單端正激式開關電源的典型電路如圖四所示。

這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關管VT1導通時，VD2也導通，這時電網向負載傳送能量，濾波電感Ｌ儲存能量；當開關管VT1截止時，電感Ｌ通過續流二極體VD3繼續向負載釋放能量。
在電路中還設有鉗位線圈與二極體VD2，它可以將開關管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯複位條件，即磁通建立和複位時間應相等，所以電路中脈衝的占空比不能大於５０％。
由於這種電路在開關管VT1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率範圍大，可輸出50－200Ｗ的功率。電路使用的變壓器結構複雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應用較少。

４．自激式開關穩壓電源

自激式開關穩壓電源的典型電路如圖五所示。



這是一種利用間歇振蕩電路組成的開關電源，也是目前廣泛使用的基本電源之一。

自激式開關電源中的開關管起著開關及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由於負載位於變壓器的次級且工作在反激狀態，具有輸人和輸出相互隔離的優點。這種電路不僅適用於大功率電源，亦適用於小功率電源＊

５．推挽式開關電源

推挽式開關電源的典型電路如圖六所示。



它屬於雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側。電路使用兩個開關管VT1和VT2，兩個開關管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器Ｔ次級統組得到方波電壓，經整流濾波變為所需要的直流電壓。
這種電路的優點是兩個開關管容易驅動，主要缺點是開關管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100－500Ｗ範圍內。

６．降壓式開關電源

降壓式開關電源的典型電路如圖七所示。



當開關管VT1導通時，二極體VD1截止，輸人的整流電壓經VT1和L向Ｃ充電，這一電流使電感Ｌ中的儲能增加。當開關管VT1截止時，電感Ｌ感應出左負右正的電壓，經負載RL和續流二極體VD1釋放電感Ｌ中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈衝寬度確定。
這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、電容和二極體即可實現。

７．升壓式開關電源