开关型稳压电路

由此可以看出，并联开关型稳压电路通过电感的储能作用，将感生
电动势与输入电压相叠加后作用于负载，因而可以使UO>UI（L足够大
时），故该电路也称为升压型稳压电路。 它的稳压原理与图9.3.3所示电路相同。
如果保持ton不变而改变振荡频率f（即开关周期t）或同时改变ton
和toff，也同样可以改变占空比q，达到稳压目的。这两类开关电源分别称 为脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。
O F P P 1 REF F
UO
D
VO VF VP [VP A1 (VREF VF )] q
当UO减小时，与上述变化过程相反。值得注意的是，负载电阻 变化时会影响LC2滤波电路的滤波效果，因而开关型稳压电路不适 用于负载变化较大的场合。
由以上分析可知，通过调节控制信号的占空比来改变开关管的导通
时间ton，从而实现稳压的目的，但是开关管的开关周期T保持不变。这
种控制方式称为脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)。由此实 现稳压目的的开关电源，称为脉宽调制型开关型电源。 开关型稳压电源的最低开关频率fT一般在10~100kHz之间。fT越高，需 要使用的L、C2值越小，这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之 降低。另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增 加，使开关调整管的管耗增加，而效率将降低。
toff ton ton VO (VI VCES ) (VD ) VI qVI T T T
定义q =ton/T
图9-22 开关稳压电源的电压、电流波形
2. 驱动电路的工作原理
由Uo式可知，当电路的输入电压波动或者电路的负载发生变化而引起输 出电压的变化时，如果能在UO增大时，减小控制电压uB的占空比或在UO减 小时，增大uB的占空比，那么输出电压就可以获得稳定。 驱动电路的工作原理是：取样电路通过R1、R2对UO分压得到反馈电 压UF，基准电压电路输出稳定的电压UREF，两个信号之差经A1放大后，作为 由A2组成的电压比较器的阈值电压UP，将三角波发生器的输出uS与UP比较， 得到开关管的控制信号uB。 当UO升高时，反馈电压UF随之增大，与基准电压UREF之间的差值减小， 因而误差放大器A1的输出电压UP减小，经电压比较器使uB的高电平变小，占 空比q变小，因此输出电压随之减小，调节的结果令UO基本不变。其调节控 制过程简述如下： U U U ( U =A (V -U ) )
9.3.பைடு நூலகம் 开关型稳压电路的工作原理
串联开关型稳压电源原理图如图9-21所示。
图中UI是未经稳压的的直流输入电压，晶体管VT为开关管，uB为矩形 波，控制开关管的工作状态；A1是误差放大器；A2是电压比较器；电感L和 电容C2组成滤波电路，VD为续流二极管；R1、R2为取样电路；它与基准电 压电路、误差放大器、三角波发生器和电压比较器组成驱动电路。
9.3 开关型稳压电路
9.3.1 开关型稳压电路的工作原理
9.3.2 集成开关稳压器的应用
串联反馈式稳压电路由于调整管工作在线性放大区，因此在负载电流 较大时，调整管的集电极损耗 (PC= UCEIO)相当大，电源效率较低（40%～ 60%），有时还要配备庞大的散热装置。为了克服上述缺点，可采用开关 式稳压电路，该电路中的调整管工作在开关状态（饱和导通和截止）。由 于管子饱和导通时管压降UCES和截止时管子的电流ICEO都很小，管耗主要发 生在状态转换过程中，电源效率可提高到80%～90%。它的造价低，体积 小。其主要缺点是输出电压中所含纹波较大。现在开关型稳压电源被广泛 应用于各种电子电路之中。 开关电源按开关管连接方式分为：串联型、并联型和脉冲变压器 （高频变压器）耦合型。
1. 开关管和滤波电路的工作原理 开关管VT在电路中与负载电路呈串联结构，其工作状态受其基极电 压uB的控制。 当uB为高电平时，开关管VT工作于饱和导通状态，电流经调整管 流向电感，电感L开始存储能量，电容C2开始充电，二极管VD截止，此 时，uE=UI-UCES≈UI。 当uB为低电平时，开关管VT工作于截止状态，此时虽然开关管的 射极电流为零，但是电感L开始释放能量，其感生电势使二极管VD导通， 给电感中的电流一个通路，所以这个二极管VD称为续流二极管。同时电 容C2开始放电，维持负载上的电流不变，此时，uE= -UD≈0 。 当电路中L和C2的取值足够大，可以保证在开关管截止期间，电感的 能量不能放尽，输出电压含有的交流分量能被电容C2滤除，此时电路的输 出电压uO和负载电流iL均为连续的。图9-22显示了电路中各点的波形，其中 ton是调整管导通时间，toff是截止时间，T是开关转换周期。 若将uE视为直流分量和交流分量之和，在忽略滤波电感L的直流压 降的情况下，则输出电压平均值等于uE的直流分量，即
9.3.2 集成开关稳压器的应用
图9-23是脉宽调制型串联开关型稳压电源电路。它的开关调整管与负 载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。
开关管VT的工作状态受PWM电路输出的矩形波uB的控制。 当uB为高电平时，VT饱和导通，UI通过VT给电感L充电储能，充电电 流几乎线性增大，二极管VD因承受反压而截止，滤波电容C对负载RL放电， 输出电压UO极性上正下负。 当uB为低电平时，VT截止，L产生感生电动势阻止电流的变化，其方向 在L上是左负右正，使二极管VD导通。L上的感生电动势与UI相加后通过二 极管VD对电容C充电，同时有电流流过负载，负载电流的方向不变，输出电 压UO极性仍是上正下负。