開關(guān)型穩(wěn)壓電源

10.5開關(guān)型穩(wěn)壓電源為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)90%以上，造價(jià)低，體積小。現(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大，用于小信號(hào)放大電路時(shí)，還應(yīng)采用級(jí)穩(wěn)壓措施。10.5.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理10.5.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器2021/5/9110.5.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理

開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖10.23的電路加以說明。它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。圖10.23開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖2021/5/92

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vB，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。

根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為ton；反之輸出為低電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間toff。

輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波存在的部分。

輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分。

為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。2021/5/93

各點(diǎn)波形見圖10.24。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。

圖10.24開關(guān)電源波形圖

分析見下頁2021/5/94

可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。q稱為占空比方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。在輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓與占空比成正比。

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有2021/5/951．調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．在許多場(chǎng)合可以省去電源變壓器；5．由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。由以上分析可以得出如下結(jié)論：2021/5/9610.5.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表

型號(hào)電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部參考源/V輸出級(jí)形式

TL4947～400.25推挽或單端

SG35248～350.15推挽

SG35258～350.55推挽

LM25753.5～3511.23_

表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場(chǎng)合。

集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的集成開關(guān)穩(wěn)壓器;另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)整管。(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源概述2021/5/97

利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖10.25所示。

(2)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖10.25SG3524的內(nèi)部方框圖

它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。2021/5/98

SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖10.26所示。圖10.26開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路2021/5/993524從11和14腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開的兩路控制信號(hào)，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，R1和R2構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)源，由R3和R4給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號(hào)比較的給定電壓。

V3和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V3和V4的輸出由V2、CP、Q或Q決定。因Q和Q只能有一個(gè)是高電平，T2和T1不可能同時(shí)導(dǎo)通。T1和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。2021/5/910SG3524電路控制過程的波形如圖10.27所示。

圖10.27SG3524的波形圖

鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。V2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)T'觸發(fā)器，CP、Q和V2

的或非是V3，決定T1的通斷。CP、Q和V2

的或非是V4，決定T2的通斷。由于Q和Q等寬，加上V2的存在，所以V3和V4這兩路信號(hào)之間有一定的死區(qū)，以保證T1和T2

管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。2021/5/911

當(dāng)V1降低時(shí)，V2加寬，T1和T2的寬度變窄，導(dǎo)通時(shí)間減小。反之，當(dāng)V1增加時(shí)，T1和T2

的導(dǎo)通時(shí)間增加。2021/5/912圖16.16開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路

設(shè)負(fù)載電流加大，VO下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出V1增加，T1和T2的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓VO增加。

(3)SG3524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源

現(xiàn)在來討論3524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。圖10.25SG3524的內(nèi)部方框圖反之，當(dāng)VO增加時(shí)，反饋電壓增加，V１輸出減小，T1和T2的導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓VO

減小。2021/5/913

SG3524的10腳也有保護(hù)功能，當(dāng)10腳加高電平時(shí)，可以強(qiáng)迫V1下降，T1和T2關(guān)斷。10腳與4腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

當(dāng)三極管