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第2章 自激式開關電源,2.1 自激式開關電源的結(jié)構(gòu)和保護電路 2.2 自激電源的優(yōu)化 2.3 自激式降壓型集成電源 2.4 升壓式自激電源 2.5 開關電源的隔離 2.6 自激開關電源應用設計 2.7 典型設備開關電源,2.1 自激式開關電源的結(jié)構(gòu)和保護電路 2.1.1 自激式降壓電源的結(jié)構(gòu)和工作原理 1．基本結(jié)構(gòu),圖2-1 自激式降壓型電源結(jié)構(gòu)圖,2．自激式降壓型電源工作原理,圖2-2 不隔離電源原理圖,2.1.2 降壓型電源保護電路,圖2-3 晶閘管過壓保護原理,自激式降壓型開關電源的過流保護相當重要，因為自激式負載短路保護功能不可能代替負載過流保護。實用中一旦開關電源負載過流引起開關管擊穿，將造成嚴重超壓，使開關電源和負載電路同時損壞。 最簡單的過流保護可通過在電路中加入負載電流I0取樣電路實現(xiàn)，原理見圖2-4。,圖2-4 自激式電源過流保護原理,,2.2 自激電源的優(yōu)化 2.2.1 增大降壓比控制 在圖2-2所示電路中，當開關管導通時，加在儲能電感兩端的為全部輸入電壓。為了使儲能電感在能量釋放時有較低的電壓輸出，只有通過壓縮脈沖寬度，減小能量存儲。但在脈沖幅度不變時，單純靠減小脈沖寬度有一定限度，即受到開關管可控導通時間的限制和輸出紋波增大的限制。因此，當脈寬減小到一定限度時，開關管的振蕩處于占空比極小的狀態(tài)，輸出直流電靠濾波電容的放電予以保持，導致電源內(nèi)阻增大，難以輸出較大的電流。,解決上述問題的方法是將原儲能電感部分改為脈沖變壓器，即對原脈沖變壓器進行改型。 開關管導通期間通過脈沖變壓器初級儲存能量，開關管截止時脈沖變壓器通過次級向負載釋放能量。 如果此脈沖變壓器初、次級繞組的匝數(shù)比增大，次級釋放能量形成的感應電壓則必然較低。假設脈沖變壓器能量存儲與釋放是相等的，其次級電路將感應出低脈沖幅度、大電流的感應電壓向負載及濾波電容放電。 除此之外，脈沖變壓器代替儲能電感后，電路的降壓功能不只依靠壓縮脈寬，還可以通過改變脈沖變壓器初、次級變比的方式得到設定的降壓輸出。,依此原理設計的自激式降壓型開關電源電路如圖2-5所示。脈沖變壓器T增設了副繞組④-⑤，在電路的振蕩過程中，其元器件的作用與圖2-2所示的相同。區(qū)別是儲能電感和開關管的位置被互換，但對儲能電路來說作用相同，對電路功能無任何影響。,圖2-5 降壓比增大電路,2.2.2 自激電源的同步控制,圖2-6 TC-29CX電源電路,,2.3 自激式降壓型集成電源,圖2-7 直接取樣開關電源電路,2.3.1 直接取樣電源電路,2.3.2 間接取樣電源電路,圖2-8 間接取樣開關電源電路,,2.4 升壓式自激電源 升壓式開關電源是不隔離型開關電源的另一種應用較多的開關電源，尤其在目前的移動通信、移動視頻顯示器中更得到廣泛應用。 升壓式開關電源的原理圖見圖2-9。,圖2-9 升壓式開關電源原理圖,,2.5.1 隔離電源基本電路 基本電路是開關電源完成功能所需的最簡單的應用電路，它具備了此類電源的所有基本單元。自激式隔離型開關電源工作原理框圖見圖2-10，其主要功能部分包括：開關管VT和T組成的自激振蕩電路、脈沖寬度調(diào)制的控制系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)和次級的脈沖整流濾波電路等。,圖2-10 自激式隔離型開關電源工作原理,2.5 開關電源的隔離,下面以圖2-11典型電路分析工作原理。,圖2-11 自激式隔離型開關電源基本電路,2.5.2 提高隔離電源穩(wěn)壓性能 隔離開關電源在實際設計中需考慮其穩(wěn)壓性，可以從穩(wěn)壓器正反饋量入手。當輸入電壓或負載電流變化時，將開關管正反饋量限制在一定范圍內(nèi)，使低輸入電壓、大負載電流時有正常的正反饋量；當輸入電壓升高或負載電流減小時，抑制正反饋量的升高，達到擴大穩(wěn)壓性能的目的。,圖2-12 正反饋脈沖鉗位電路,圖2-13所示為恒流驅(qū)動電路，電路中設有兩路正反饋支路。,圖2-13 恒流驅(qū)動電路,2.5.3 雙PWM控制 為了提高穩(wěn)壓效果，自激式開關電源可以采用雙路或多路PWM控制，采用兩只脈寬控制管或兩路獨立的控制電路，擴大脈寬調(diào)制器的控制能力。因為兩路PWM電路同時出現(xiàn)故障的機會極小，所以不僅提高了控制能力，可靠性也大為提高。 1．雙路PWM電路 圖2-14為雙路PWM控制的基本電路。,1．雙路PWM電路,圖2-14 雙路PWM控制的基本電路,2．隔離開關電源保護電路 開關電源保護電路設置的作用是：保護開關電源本身，盡量減少故障率，或者在偶然發(fā)生故障時減小其損壞范圍；設置輸出過壓保護，避免損壞負載電路。,保護電路按其保護方式分為故障前保護和故障后保護。過壓、過流抑制保護即為故障前保護；發(fā)生故障后，可防止故障范圍擴大、減小損失的硬保護措施，即為故障后保護。,采用雙路控制的自激式開關電源屬故障前保護，常設以下保護電路。,(1) 軟啟動電路。在開關電源啟動時，開關管振蕩過程中的振蕩脈寬不是突然進入額定脈寬，而是有一段啟動過程。以圖2-11的電路為例，開機瞬間，C312兩端取樣電壓達到額定值需有一定時間，在C312充電過程中，誤差放大器檢出的取樣電壓偏低，因而脈寬控制電路減小了對開關管基極的分流，使振蕩電路脈寬增大，形成開機沖擊電流。脈寬的增大，使開關管在開機瞬間有一較大的沖擊電流。為了避免這種硬啟動過程帶來的危害，需要在取樣分壓電路中加入軟啟動電路。,圖2-11 自激式隔離型開關電源基本電路,(2) 過流保護電路。對負載短路過流的保護一般設在輸出電路中，與不隔離式開關電源采用相同的電路。在隔離式開關電源中，還需設置開關管的過流保護電路，其電路組成見圖2-15。,圖2-15 開關管過流和輸入過壓保護,2.5.4 兩路正反饋控制,圖2-16 兩路正反饋電源電路,,2.6 自激開關電源應用設計 2.6.1 辦公設備電源 2.6.2 顯示器電源,,2.7 典型設備開關電源 2.7.1 原理框圖 本節(jié)以典型的T3877N為例說明彩色電視機開關電源工作原理，原理框圖如圖2-19所示，電路原理圖如圖2-20所示。,圖2-19 T3877N的開關電源工作原理框圖,圖2-20 T3877N電路原理圖,,