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什么是开关电源

[日期:2015-11-05] 来源:  作者:矿山风云 [字体: ]

  1. 开关电源就是通过电路控制开关管进行高速的开通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压!转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多。所以开关变压器可以做的很小,而且工作时不是很热!!成本很低。如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义!!开关变压器也不神秘。就是一个普通的变压器!这就是开关电源。

 

  开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有。

  简单地说,开关电源的工作原理是:

  1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3。开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4。输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。

  交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源。

  以上说的就是开关电源的大致工作原理。

  其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片,可以使外围电路非常简单,甚至做到免调试。

  例如TOP系列的开关电源芯片(或称模块),只要配合一些阻容元件,和一个开关变压器,就可以做成一个基本的开关电源。

  开关电源的PWN-PFM控制电路邹怀安 张 锐 胡荣强武汉理工大学自动化学院1。引言开关电源由于在体积、重量、效率和可靠性等多多方面的优势,目前在计算机、通信、家用电器、雷达、空间技术等众多领域中已完全取代了传统的线性稳压电源。开关电源的控制技术主要有三种:(1)脉冲宽度调制(PWM);(2)脉冲频率调制(PPN);(3)脉冲宽度频率调制(PWN-PFH)。其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式,它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式,现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点,但目前市场上没有具有PWM-PFM功能的单片集成芯片出售从而限制它的应用。

  本文介绍了一种采用PWM-PFM控制的开关电源,对其中的控制电路--PWM-PFM电路的原理进行了较详细的分析,该控制电路元件数量少、实现简便。

  2. 开关电源及其PWH-PFH控制电路介绍

      本开关电源的输入为三相交流电,输入电压范围为320~575V,频率为45~65Hz,输出规格为24V/10A,重量仅约1。4Kg。开关电源的主电路拓扑为双晶体管反激变换式,通过采用两支开关管串联来降低对大功率MOS场效应管的关断电压的要求。

  PWM-PFM控制电路由三片数字芯片(4011、4066、40106)和少量电阻电容二极管、三极管组成,电路图见图1。其中,4011为二输入的四与非门,4066为四双向模拟开关,40106为六施密特触发器

  3. 原理分析

      如电路图所示,它有四个输入端,信号分别来自光耦1输出端、光耦2输出端、整流后的高压直流端、以及与开关变压器耦合,一个输出端以驱动大功率MOS场效应管。电路的核心部分是由两个与非门(IN3a/IN3b/OUT3和IN4a/IN4b/OUT4)构成的RS触发器。触发器有两个输入端:40ll第9脚(IN3b)和第12脚(IN4a);两个输出端401l第10脚(OUT3)和第11脚(OUT4)。输出端OUT4的信号传送到五个并联的施密特触发器(I1/O1、I2/O2、I3/O3、I4/O4和I5/O5)。施密特触发器的作用是整定与非门的输出波形,防止电路的误动作。采用五个施密特触发器并联的冗余设计提高了电路的电流驱动能力,增强了整个电路的可靠性。整形后的波形经两个互补三极管构成的图腾柱驱动大功率MOS场效应管,控制主回路的导通和关断。输入端IN3b为导通时间Ton控制端,输入端IN4a为关断时间Toff控制端,两个输入端都是低电平有效。当输入端IN4a为低电平时触发与非门4使输出端OUT4为高电子,经施密特触发器后关断开关管;当输入端IN3b为低电平时触发与非门3使输出端OUT3为高电平,输出端OUT4为低电子,OUT4低电平经施密特触发器后为高电平,使开关管导通。OUT3高电平使模拟开关1(IN1/OUTl/CONTROLl)导通,线圈Ll的电流经D5和R17到地,防止线圈L1磁饱和。

  启动时,线圈Ll无电流,对地为低电平,经与非门1(INla/IN1b/OUTl)和与非门2(IN2a/IN2b/OUT2)后仍为低电平,即输入端IN3b为低电平,经RS触发器和施密特触发器后使开关管导通,开关电源有输出,输出电压经比较、放大后的反馈信号经光耦2隔离,通过R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,使开关管关断,PWM-PFM控制电路起振。

开关电源电路图



  正常工作时,线圈L1耦合开关变压器的信号(即开关管的信号)经与非门l和与非门2后至IN3b,控制开关管的导通时间Ton,从开关电源的输出的反馈信号经光耦2隔离,通过R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,控制开关管的关断时间Toff。若负载和输入电压不变,开关管按RS触发器的电路常数所决定的宽度和频率周而复始的导通和截止,维持输出电压不变。若负载或输入电压有变化,线圈Ll和光耦2反馈的信号同时变化,使导通时间Ton和关断时间Toff同时变化,即控制脉冲的宽度和频率同时变化,实现了PWM-PFM控制。

  光耦l为输出过压保护,当开关电源输出正常时,光耦1输出为高电平,经施密特触发器后为低电平,模拟开关3(IN3/OUT3/CONTROL3)不导通,OUT3不起作用;当开关电源输出过压时,光耦1输出为低电平,经施密特触发器后为高电平,使CONTROL3为高电平,模拟开关3导通,OUT3端接地,IN4a端为低电平,开关管关断。

  整流后的高压直流端为输入过压保护。当交流输入电压正常时,T1管饱和导通,CONTROL4为低电平,模拟开关4(IN4/0UT4/CONTROL4)不导通,OUT4不起作用;交流输入电压过高时,Tl管截止,CONTROL4为高电平,模拟开关4导通,OUT4接地,IN4a端输出为低电平,开关管关断。

  4. 结束语

     控制电路是开关电源的核心部分,采用合适的控制电路可简化开关电源的设计,并使之具有优异的性能。采用该PWM-PFM控制电路组成的开关电源,由于输出电压纹波非常小(仅有几十毫伏)、交流输入电压范围大(能在320V~575V范围内正常工作)、开关频率高(工作时频率在100~300KHz之间变化)、占空比变化小(从15%至35%)、满载时效率高(能达到90%以上),广泛应用于工业电器控制柜、自动电梯等电源环境比较恶劣的场所。对采用硬开关技术的开关电源而言,该PWM-PFM控制电路具有良好的性能,同时实测也表明,当负载变化较快时,开关电源的输出电压的稳定性下降,因而,该电路不适用于负载变化较剧烈的场合。


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第 14 楼
* wsy6606会员 发表于 2011/10/3 18:08:50
good 很不错,感谢中~
第 13 楼
* tangshuhua 发表于 2009/9/11 14:26:27
bu cuo
第 12 楼
* 11 发表于 2008/9/2 18:51:24
怎么没有完整的电路啊
第 11 楼
* yaokunming 发表于 2008/8/31 0:37:54
电路图太小了
第 10 楼
* maliming 发表于 2008/8/21 22:14:23
henhao
专题文章
热门评论
* wsy6606会员 发表于 2011/10/3 18:08:50
good 很不错,感谢中~
* yaokunming 发表于 2008/8/31 0:37:54
电路图太小了
* maliming 发表于 2008/8/21 22:14:23
henhao
* tangshuhua 发表于 2009/9/11 14:26:27
bu cuo
* 11 发表于 2008/9/2 18:51:24
怎么没有完整的电路啊
* 卜纪VS丹 发表于 2008/8/17 15:57:01
很好,谢谢,借用……呵呵
* 123 发表于 2008/8/13 11:15:57
什么是PWM
* gyzsp56 发表于 2008/7/20 14:56:44
谢谢!非常不错
* 11 发表于 2008/6/28 18:01:08
还有点吧明白
* 风业 发表于 2008/5/15 16:18:44
很好