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    什么是開關電源

    開關電源就是通過電路控制開關管進行高速的開通與截止.將直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓!轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多.所以開關變壓器可以做的很小,而且工作時 
    開關電源就是通過電路控制開關管進行高速的開通與截止.將直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓!轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多.所以開關變壓器可以做的很小,而且工作時不是很熱??!成本很低.如果不將50HZ變為高頻那開關電源就沒有意義??!開關變壓器也不神秘.就是一個普通的變壓器!這就是開關電源. 
       
    開關電源大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關變壓器,而非隔離的未必一定有.

    簡單地說,開關電源的工作原理是: 
    1.交流電源輸入經整流濾波成直流; 
    2.通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上; 
    3.開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載; 
    4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩定輸出的目的. 
       
    交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾; 
    在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高; 
    開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出; 
    一般還應該增加一些?;さ緶?比如空載、短路等?;?否則可能會燒毀開關電源. 
       
    以上說的就是開關電源的大致工作原理. 
    其實現在已經有了集成度非常高的專用芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調試. 
    例如TOP系列的開關電源芯片(或稱???,只要配合一些阻容元件,和一個開關變壓器,就可以做成一個基本的開關電源. 
    開關電源的PWN-PFM控制電路 
    鄒懷安 張 銳 胡榮強 
    武漢理工大學自動化學院

    1.引言 
       
    開關電源由于在體積、重量、效率和可靠性等多多方面的優勢,目前在計算機、通信、家用電器、雷達、空間技術等眾多領域中已完全取代了傳統的線性穩壓電源??氐繚吹目刂萍際踔饕腥鄭?1)脈沖寬度調制(PWM);(2)脈沖頻率調制(PPN);(3)脈沖寬度頻率調制(PWN-PFH).其中PWM是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式,它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在連續導電模式,現在市場上有多款性能好、價格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有靜態功耗小的優點,但它沒有限流的功能也不能工作于連續導電方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的優點,但目前市場上沒有具有PWM-PFM功能的單片集成芯片出售從而限制它的應用。 
       
    本文介紹了一種采用PWM-PFM控制的開關電源,對其中的控制電路--PWM-PFM電路的原理進行了較詳細的分析,該控制電路元件數量少、實現簡便。 
       
    2.開關電源及其PWH-PFH控制電路介紹 
       
    本開關電源的輸入為三相交流電,輸入電壓范圍為320~575V,頻率為45~65Hz,輸出規格為24V/10A,重量僅約1.4Kg??氐繚吹鬧韉緶吠仄宋騫芊醇け浠皇?,通過采用兩支開關管串聯來降低對大功率MOS場效應管的關斷電壓的要求。 
       
    PWM-PFM控制電路由三片數字芯片(4011、4066、40106)和少量電阻、電容、二極管、三極管組成,電路圖見圖1.其中,4011為二輸入的四與非門,4066為四雙向模擬開關,40106為六施密特觸發器。 
       
    3.原理分析 
       
    如電路圖所示,它有四個輸入端,信號分別來自光耦1輸出端、光耦2輸出端、整流后的高壓直流端、以及與開關變壓器耦合,一個輸出端以驅動大功率MOS場效應管。電路的核心部分是由兩個與非門(IN3a/IN3b/OUT3和IN4a/IN4b/OUT4)構成的RS觸發器。觸發器有兩個輸入端:40ll第9腳(IN3b)和第12腳(IN4a);兩個輸出端401l第10腳(OUT3)和第11腳(OUT4)。輸出端OUT4的信號傳送到五個并聯的施密特觸發器(I1/O1、I2/O2、I3/O3、I4/O4和I5/O5)。施密特觸發器的作用是整定與非門的輸出波形,防止電路的誤動作。采用五個施密特觸發器并聯的冗余設計提高了電路的電流驅動能力,增強了整個電路的可靠性。整形后的波形經兩個互補三極管構成的圖騰柱驅動大功率MOS場效應管,控制主回路的導通和關斷。輸入端IN3b為導通時間Ton控制端,輸入端IN4a為關斷時間Toff控制端,兩個輸入端都是低電平有效。當輸入端IN4a為低電平時觸發與非門4使輸出端OUT4為高電子,經施密特觸發器后關斷開關管;當輸入端IN3b為低電平時觸發與非門3使輸出端OUT3為高電平,輸出端OUT4為低電子,OUT4低電平經施密特觸發器后為高電平,使開關管導通。OUT3高電平使模擬開關1(IN1/OUTl/CONTROLl)導通,線圈Ll的電流經D5和R17到地,防止線圈L1磁飽和。 
       
    啟動時,線圈Ll無電流,對地為低電平,經與非門1(INla/IN1b/OUTl)和與非門2(IN2a/IN2b/OUT2)后仍為低電平,即輸入端IN3b為低電平,經RS觸發器和施密特觸發器后使開關管導通,開關電源有輸出,輸出電壓經比較、放大后的反饋信號經光耦2隔離,通過R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,使開關管關斷,PWM-PFM控制電路起振。 
       
    正常工作時,線圈L1耦合開關變壓器的信號(即開關管的信號)經與非門l和與非門2后至IN3b,控制開關管的導通時間Ton,從開關電源的輸出的反饋信號經光耦2隔離,通過R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,控制開關管的關斷時間Toff。若負載和輸入電壓不變,開關管按RS觸發器的電路常數所決定的寬度和頻率周而復始的導通和截止,維持輸出電壓不變。若負載或輸入電壓有變化,線圈Ll和光耦2反饋的信號同時變化,使導通時間Ton和關斷時間Toff同時變化,即控制脈沖的寬度和頻率同時變化,實現了PWM-PFM控制。 
       
    光耦l為輸出過壓?;?,當開關電源輸出正常時,光耦1輸出為高電平,經施密特觸發器后為低電平,模擬開關3(IN3/OUT3/CONTROL3)不導通,OUT3不起作用;當開關電源輸出過壓時,光耦1輸出為低電平,經施密特觸發器后為高電平,使CONTROL3為高電平,模擬開關3導通,OUT3端接地,IN4a端為低電平,開關管關斷。 
       
    整流后的高壓直流端為輸入過壓?;?。當交流輸入電壓正常時,T1管飽和導通,CONTROL4為低電平,模擬開關4(IN4/0UT4/CONTROL4)不導通,OUT4不起作用;交流輸入電壓過高時,Tl管截止,CONTROL4為高電平,模擬開關4導通,OUT4接地,IN4a端輸出為低電平,開關管關斷。 
       
    4.結束語 
       
    控制電路是開關電源的核心部分,采用合適的控制電路可簡化開關電源的設計,并使之具有優異的性能。采用該PWM-PFM控制電路組成的開關電源,由于輸出電壓紋波非常小(僅有幾十毫伏)、交流輸入電壓范圍大(能在320V~575V范圍內正常工作)、開關頻率高(工作時頻率在100~300KHz之間變化)、占空比變化小(從15%至35%)、滿載時效率高(能達到90%以上),廣泛應用于工業電器控制柜、自動電梯等電源環境比較惡劣的場所。對采用硬開關技術的開關電源而言,該PWM-PFM控制電路具有良好的性能,同時實測也表明,當負載變化較快時,開關電源的輸出電壓的穩定性下降,因而,該電路不適用于負載變化較劇烈的場合。

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