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《开关稳压电源的工作原理》
开关稳压电源的工作原理

以上介绍的串联式稳压电源是模拟稳压电源,它的调整管串联于负载回路,输出电压的稳定是依靠调节调整管的管压降UCE来实现的,调整管工作于线性放大区,一般UCE5~10V的电压降,调整管的功耗大,稳压电源的效率低。

为克服上述缺点,可采用开关型稳压电源,电路中的调整管工作在开关状态。在管子截止期间,穿透电流很小,消耗功率也很小,而管子饱和导通时,功耗为饱和压降UCES与集电极电流IC的乘积,管耗也较小。因此调整管的管耗主要发生在工作状态从开到关或从关到开的转换过程之中,电源效率因而可提高到80%~90%左右。

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。

 开关稳压电源的工作原理

以串联开关型稳压电源为例,介绍开关稳压电源的工作原理,串联开关型稳压电源原理图如图15-3-1所示。图中是未经稳压的的直流输入电压,晶体管VT为开关管,为矩形波,控制开关管的工作状态,电感L和电容C组成滤波电路,VD为续流二极管。电路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。开关管和滤波电路的工作原理 ,驱动电路的工作原理由式可知,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,如果能在增大时,减小控制电压的占空比或在减小时,增大的占空比,那么输出电压就可以获得稳定。

驱动电路的工作原理如图15-3-1所示。驱动电路主要由取样电路(R1R2)、基准电压电路、误差放大器A1、三角波发生器和电压比较器A2组成。取样电路通过R1R2分压得到反馈电压,基准电压电路输出稳定的电压VREF,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,将三角波发生器的输出比较,得到开关管的控制信号

升高时,反馈电压随之增大,与基准电压VREF之间的差值减小,因而误差放大器A1的输出电压减小,经电压比较器使的高电平变小,占空比D变小,因此输出电压随之减小,调节的结果令 基本不变。其调节控制过程简述如下:

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LC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。

如图15-3-2波形所示,当时,的占空比大于50%;当时,占空比小于50%,所以改变取样电路R1R2的比值,可以改变输出电压的数值。

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,所以根据以上模式工作的稳压电路被称为脉宽调制型(PWMPulse Width Modulation)开关电源。

PWM控制器(开关电源控制器)

开关电源控制器在串联开关型稳压电路中的应用如图15-3-3所示,它实际上就是一个脉冲宽度调制控制器,也适用于其他脉宽调制的场合。

集成开关稳压器,一般有两大类型:一类是将调整管集成在芯片内部的集成开关稳压器;另一类称为开关电源控制器,它不包括调整管。典型的开关电源控制器和开关电源见表15-1

下面介绍开关稳压电源控制器CW1524/2524/3524利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源CW1524/2524/3524是早期开关稳压电源常用的脉冲宽度调制器,我国同类产品的型号为CW1524/2524/3524,它们的工作原理是完全相同的,只是使用环境条件不同:CW1524I类军品,适于-55℃~+125℃环境温度;CW2524II类工业品,适于-40℃~+85℃环境温度;CW3524III类民品,适于0℃~+70℃环境温度。 

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