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第2章 自激式開關(guān)電源,2.1 自激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和保護(hù)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(guān)電源的隔離 2.6 自激開關(guān)電源應(yīng)用設(shè)計(jì) 2.7 典型設(shè)備開關(guān)電源,2.1 自激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和保護(hù)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(hù)電路,圖2-3 晶閘管過壓保護(hù)原理,自激式降壓型開關(guān)電源的過流保護(hù)相當(dāng)重要，因?yàn)樽约な截?fù)載短路保護(hù)功能不可能代替負(fù)載過流保護(hù)。實(shí)用中一旦開關(guān)電源負(fù)載過流引起開關(guān)管擊穿，將造成嚴(yán)重超壓，使開關(guān)電源和負(fù)載電路同時(shí)損壞。 最簡單的過流保護(hù)可通過在電路中加入負(fù)載電流I0取樣電路實(shí)現(xiàn)，原理見圖2-4。,圖2-4 自激式電源過流保護(hù)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(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，加在儲(chǔ)能電感兩端的為全部輸入電壓。為了使儲(chǔ)能電感在能量釋放時(shí)有較低的電壓輸出，只有通過壓縮脈沖寬度，減小能量存儲(chǔ)。但在脈沖幅度不變時(shí)，單純靠減小脈沖寬度有一定限度，即受到開關(guān)管可控導(dǎo)通時(shí)間的限制和輸出紋波增大的限制。因此，當(dāng)脈寬減小到一定限度時(shí)，開關(guān)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(dǎo)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(chǔ)能電感部分改為脈沖變壓器，即對原脈沖變壓器進(jìn)行改型。 開關(guān)管導(dǎo)通期間通過脈沖變壓器初級儲(chǔ)存能量，開關(guān)管截止時(shí)脈沖變壓器通過次級向負(fù)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(yīng)電壓則必然較低。假設(shè)脈沖變壓器能量存儲(chǔ)與釋放是相等的，其次級電路將感應(yīng)出低脈沖幅度、大電流的感應(yīng)電壓向負(fù)載及濾波電容放電。 除此之外，脈沖變壓器代替儲(chǔ)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(shè)定的降壓輸出。,依此原理設(shè)計(jì)的自激式降壓型開關(guān)電源電路如圖2-5所示。脈沖變壓器T增設(shè)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(chǔ)能電感和開關(guān)管的位置被互換，但對儲(chǔ)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(guān)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(guān)電源電路,,2.4 升壓式自激電源 升壓式開關(guān)電源是不隔離型開關(guān)電源的另一種應(yīng)用較多的開關(guān)電源，尤其在目前的移動(dòng)通信、移動(dòng)視頻顯示器中更得到廣泛應(yīng)用。 升壓式開關(guān)電源的原理圖見圖2-9。,圖2-9 升壓式開關(guān)電源原理圖,,2.5.1 隔離電源基本電路 基本電路是開關(guān)電源完成功能所需的最簡單的應(yīng)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(guān)電源工作原理框圖見圖2-10，其主要功能部分包括：開關(guān)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(guān)電源工作原理,2.5 開關(guān)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(guān)電源基本電路,2.5.2 提高隔離電源穩(wěn)壓性能 隔離開關(guān)電源在實(shí)際設(shè)計(jì)中需考慮其穩(wěn)壓性，可以從穩(wěn)壓器正反饋量入手。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，將開關(guān)管正反饋量限制在一定范圍內(nèi)，使低輸入電壓、大負(fù)載電流時(shí)有正常的正反饋量；當(dāng)輸入電壓升高或負(fù)載電流減小時(shí)，抑制正反饋量的升高，達(dá)到擴(kuò)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(dòng)電路，電路中設(shè)有兩路正反饋支路。,圖2-13 恒流驅(qū)動(dòng)電路,2.5.3 雙PWM控制 為了提高穩(wěn)壓效果，自激式開關(guān)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(dú)立的控制電路，擴(kuò)大脈寬調(diào)制器的控制能力。因?yàn)閮陕稰WM電路同時(shí)出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)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(guān)電源保護(hù)電路 開關(guān)電源保護(hù)電路設(shè)置的作用是：保護(hù)開關(guān)電源本身，盡量減少故障率，或者在偶然發(fā)生故障時(shí)減小其損壞范圍；設(shè)置輸出過壓保護(hù)，避免損壞負(fù)載電路。,保護(hù)電路按其保護(hù)方式分為故障前保護(hù)和故障后保護(hù)。過壓、過流抑制保護(hù)即為故障前保護(hù)；發(fā)生故障后，可防止故障范圍擴(kuò)大、減小損失的硬保護(hù)措施，即為故障后保護(hù)。,采用雙路控制的自激式開關(guān)電源屬故障前保護(hù)，常設(shè)以下保護(hù)電路。,(1) 軟啟動(dòng)電路。在開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)，開關(guān)管振蕩過程中的振蕩脈寬不是突然進(jìn)入額定脈寬，而是有一段啟動(dòng)過程。以圖2-11的電路為例，開機(jī)瞬間，C312兩端取樣電壓達(dá)到額定值需有一定時(shí)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(guān)管基極的分流，使振蕩電路脈寬增大，形成開機(jī)沖擊電流。脈寬的增大，使開關(guān)管在開機(jī)瞬間有一較大的沖擊電流。為了避免這種硬啟動(dòng)過程帶來的危害，需要在取樣分壓電路中加入軟啟動(dòng)電路。,圖2-11 自激式隔離型開關(guān)電源基本電路,(2) 過流保護(hù)電路。對負(fù)載短路過流的保護(hù)一般設(shè)在輸出電路中，與不隔離式開關(guān)電源采用相同的電路。在隔離式開關(guān)電源中，還需設(shè)置開關(guān)管的過流保護(hù)電路，其電路組成見圖2-15。,圖2-15 開關(guān)管過流和輸入過壓保護(hù),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(guān)電源應(yīng)用設(shè)計(jì) 2.6.1 辦公設(shè)備電源 2.6.2 顯示器電源,,2.7 典型設(shè)備開關(guān)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(jī)開關(guān)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(guān)電源工作原理框圖,圖2-20 T3877N電路原理圖,,