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標題: 了解一下開關穩壓電源電路 [打印本頁]

作者: Ameya360電子 時間: 2018-8-10 17:26
標題: 了解一下開關穩壓電源電路
程控開關穩壓電源的控制方式對比

開關穩壓電源由多個電子器件構成，但本質上，開關穩壓電源的核心是一個直流變壓器。所以想要對開關穩壓電源進行分析并不難。在本文中，將為大家介紹通過程控的開關穩壓電源的控制方法選擇與效率的提高方案。

控制方法選擇

方案一：采用單片機產生PWM波，控制開關的導通與截止。根據片內AD采樣后的反饋電壓程控改變占空比，使輸出電壓穩定在設定值。負載電流在康銅絲上的取樣經片內AD后輸入單片機，當該電壓達到一定值時關閉開關管，形成過流保護。該方案主要由軟件實現，控制算法比較復雜，速度慢，輸出電壓穩定性不好，若想實現自動恢復，實現起來比較復雜。

方案二：采用恒頻脈寬調制控制器TL494，這個芯片可推挽或單端輸出，工作頻率為1kHz~300kHz，輸出電壓可達40V，內有5V的電壓基準，死區時間可以調整，輸出級的拉灌電流可達200mA，驅動能力較強。芯片內部有兩個誤差比較器，一個電壓比較器和一個電流比較器。電流比較器可用于過流保護，電壓比較器可設置為閉環控制，調整速度快。

所以通過上面的分析，建議采用第二種方案。

電流工作模式的方案選擇

方案一：電流連續模式

電流連續工作狀態，在下一周期到來時，電感中的電流還未減小到零，電容的電流能夠得到及時的補充，輸出電流的峰值較小，輸出紋波電壓小。

方案二：電流斷續模式

斷續模式下，電感能量釋放完時，下一周期尚未到來，電容能量得不到及時補充，二極管的峰值電流非常大，對開關管和二極管的要求就非常高，二極管的損耗也非常大，而且由于電流是斷續的，輸出電流交流成分比較大，會增加輸出電容上的損耗。對于相同功率的輸出，斷續工作模式的峰值電流要高很多，而且輸出直流電壓的紋波也會增加，損耗大。

鑒于上面分析，本文選用方案一。

提高效率的方案選擇

影響效率的因素主要包括單片機及外圍電路功耗、單片機及外圍電路供電電路的效率和DC-DC變換器的效率。本設計采用了超低功耗的單片機MSP430F169，高轉換效率的芯片對外圍電路進行供電，并且采用低損耗的元器件和優異的控制策略。

開關穩壓電源優缺點優點：

開關型穩壓電源”與“串聯調整型穩壓電源”相比，高效節能；適應市電變化能力強；輸出電壓可調范圍寬；一只開關管可方便地獲得多組電壓等級不同的電源；體積小，重量輕等諸多優點，而被廣泛地得到采用。

（1）功耗小，效率高

（2）體積小，重量輕

（3）穩壓范圍寬

（4）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少

（5）電路形式靈活多樣

缺點：

開關穩壓電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾。開關穩壓電源中，功率調整開關晶體管工作在狀態，它產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和庇振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除和屏蔽，就會嚴重地影響整機的正常工作。此外由于開關穩壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網，使附近的其他電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。

四款開關穩壓電源電路電路一：

電路工作原理：220V電壓經變壓器T降壓、VD1～VD4整流、C1濾波后，作為輸入。此外VD5、VD6、C2、C3組成倍壓電路（使得Vd＝60V）；RP、R3組成分壓電路；TL431、R1組成采樣放大電路；9013、R2組成限流保護電路，場效應管K790作調整管（可直接并聯使用）；C5是輸出濾波電容等。穩壓過程是：當輸出電壓降低時，f點電位降低，經TL431內部放大使e點電壓增高，經K790調整后，b點電位升高；反之，當輸出電壓增高時，f點電位升高，e點電位降低，經K790調整后，b點電位降低，從而使輸山電壓穩定。當輸出電流大于6A時，晶體管9013處于截止，使輸出電流被限制在6A以內，從而達到限流的目的。

元器件選擇：該電路除電阻RI選用2W、R2選用5W外，其他元件無特殊要求，按圖所示選用即可。

電路二：

電路三：

115V的交流輸入電壓經整流濾波后為電路提供直流工作電壓。起動電路由電容C2和電阻R2構成，C2經電阻R2充電，當達到16 V時，UC3842有輸出；使MOS開關Q1導通，能量存貯在變壓器T1中，此時，由于二次側各路整流二極管反向偏置，故能量不能傳到T1的二次側，T1 側的一次側電流通過電阻R10檢測并與UC3842內部提供的1 V基準電壓進行比較，當達到這一電平時Q1關斷。所有變壓器的繞組極性反向，輸出整流二極管正向偏置，存貯在T1中的能量傳輸到輸出電容器中。啟動結束后，反饋線圈的電壓整流后經取樣電阻分壓回送到誤差放大器的反向端（2腳）和UC3842內部的2.5 V基準電壓作比較來調整驅動脈沖寬度。從而改變輸出電壓以實現對輸出的控制。這樣能量周而復始地存貯釋放，給各路輸出端提供電壓。

穩壓反饋環境由R12，光耦合器，TL431等組成。其穩壓原理：若輸出電壓因負載變輕而升高時，流過光耦合器的發光二極管電流增大，其發光強度增加，反饋至光耦合三極管使CE間電阻變小，使加至1腳的電壓降低，從而使6腳的PWM信號寬度變窄，從而達到穩壓的目的。

電路四：24V（-40V）開關穩壓電源電路圖

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