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1、HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5 开关稳压电源开关稳压电源 15.5.1 开关稳压电源的稳压原理开关稳压电源的稳压原理15.5.2 PWM控制器（开关电控制器（开关电 源控制器）源控制器）HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 以上介绍的稳压二极管稳压电路和串联式稳压电源是以上介绍的稳压二极管稳压电路和串联式稳压电源是模拟稳压电源。就串联式稳压电源而言，调整管是串联于模拟稳压电源。就串联式稳压电源而言，调整管是串联于输入和负载之间，输出电压的稳定是依靠调节调整管的管输入和负载之间，
2、输出电压的稳定是依靠调节调整管的管压降压降UCE来实现的，调整管工作于线性放大区，一般来实现的，调整管工作于线性放大区，一般UCE有有510V的电压降，调整管的功耗大，稳压电源的效率低。的电压降，调整管的功耗大，稳压电源的效率低。 为克服模拟稳压电源功耗大的缺点，可采用开关型稳为克服模拟稳压电源功耗大的缺点，可采用开关型稳压电源。开关稳压电源中的调整管工作在开关状态，在调压电源。开关稳压电源中的调整管工作在开关状态，在调整管截止时，穿透电流很小，消耗功率也很小，而管子饱整管截止时，穿透电流很小，消耗功率也很小，而管子饱和导通时，功耗为饱和压降和导通时，功耗为饱和压降UCES与集电极电流与集电极
3、电流IC的乘积，的乘积，管耗也较小。管耗也较小。 HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.1 开关稳压电源的稳压原理开关稳压电源的稳压原理 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，原理图如图理，原理图如图15.5.1所示。图中是未经稳压的的直流输入电所示。图中是未经稳压的的直流输入电压，晶体管为开关管，压，晶体管为开关管，uB为矩形波，控制开关管的工作状态，为矩形波，控制开关管的工作状态，电感电感L和电容和电容C组成滤波电路，组成滤波电路，VD为续流二极管。开关稳压电为续流
4、二极管。开关稳压电路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。图图15.5.1 串联式开关型稳压电源原理图串联式开关型稳压电源原理图 HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 当当uB为高电平时，为高电平时，VT饱和导通，电流经调整管向电感饱和导通，电流经调整管向电感L充充电，电， L开始存储能量，电容开始存储能量，电容C开始充电。此时二极管截止，有开始充电。此时二极管截止，有 当当uB为低电平时，为低电平时，VT截止，此时截止，此时VT管的射极电流为零，管的射极电流为零，但是电感但是电感 L 以电流的
5、形式放电，其感应电势令以电流的形式放电，其感应电势令VD导通，给放导通，给放电电流提供通路，所以电电流提供通路，所以VD称为续流二极管。同时称为续流二极管。同时C开始放电，开始放电，维持负载上的电流基本不变，此时有维持负载上的电流基本不变，此时有HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 当电路中当电路中L和和C的取值足的取值足 够大时，可以保证在开关管够大时，可以保证在开关管 VT截止期间，电感的能量截止期间，电感的能量 不会放尽，此时电路的输出不会放尽，此时电路的输出电压和负载电流均为连续的，图电压和负载电流均为连续的，图15.5.2显示了电路
6、中各点的波显示了电路中各点的波形，其中形，其中 ton 是调整管导通时间，是调整管导通时间，toff是截止时间，是截止时间，T是开关的是开关的动作周期。动作周期。图图15.5.2 开关型稳压电源的波形图开关型稳压电源的波形图HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10若忽略若忽略L上的压降，且电流连续时，输出电压平均值等于上的压降，且电流连续时，输出电压平均值等于uE的的直流分量，即直流分量，即占空比占空比HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.1.2 驱动电路的工作原理驱动电路的工作原理 由
7、由UO表达式可知表达式可知当输入当输入UI波动波动或者电路的负载电流发生变化而引起输出电压变或者电路的负载电流发生变化而引起输出电压变化时，如果能在化时，如果能在UO增大时，减小控制电压的占空比增大时，减小控制电压的占空比D或在或在UO减小时，增大占空比减小时，增大占空比D ，那么输出电压就可以获得稳定。，那么输出电压就可以获得稳定。 驱动电路主要由取样电阻驱动电路主要由取样电阻R1、R2、基准源、误差放大器、基准源、误差放大器A1、三角波发生器和电压比较器、三角波发生器和电压比较器A2组成。取样的反馈电压组成。取样的反馈电压UF由由R1、R2对对UO分压得到，基准电压与反馈电压之差分压得到，
8、基准电压与反馈电压之差(VREF-UF)经经A1放大后，作为电压比较器放大后，作为电压比较器A2的阈值电压的阈值电压Up，将三角波发，将三角波发生器的输出与生器的输出与Up比较，得到开关管的控制信号。比较，得到开关管的控制信号。例如当例如当UO升高时，有如下反馈调节过程升高时，有如下反馈调节过程 脉宽调制型脉宽调制型（PWM）开）开关电源关电源 HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.2 PWM控制器（开关电源控制器）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开关电源控制器在串联开关型稳压电路中的应用如图1
9、5.5.3所示，它实际上就是一个脉冲宽度调制控制器，也适用所示，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。于其他脉宽调制的场合。图图15.5.3 串联开关型稳压电路中串联开关型稳压电路中PWM控制器的应用原理图控制器的应用原理图 下面介绍开关稳压电源控制器下面介绍开关稳压电源控制器CW1524/2524/3524 的结构的结构和工作原理。和工作原理。 CW1524/2524/3524是一款性能优良、功能齐全是一款性能优良、功能齐全的脉冲宽度调制控制器。的脉冲宽度调制控制器。15.5.2.1 PWM控制器的结构控制器的结构HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关
10、稳压电路开关稳压电路 2006.10 开关电源控制器主要包括基准源、误差放大器、三角波开关电源控制器主要包括基准源、误差放大器、三角波发生器、比较器、保护电路、逻辑控制电路和晶体管输出级发生器、比较器、保护电路、逻辑控制电路和晶体管输出级等部分。大功率的调整管、续流二极管、滤波电感和滤波电等部分。大功率的调整管、续流二极管、滤波电感和滤波电容器外接。容器外接。CW1524/2524/3524内部方框图如下内部方框图如下HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 误差放大器的输出端误差放大器的输出端从从9脚引出，脚引出，9脚和脚和1脚之脚之间跨接电阻
11、可构成比例运间跨接电阻可构成比例运送电路，以控制放大器的送电路，以控制放大器的增益。为使放大器能稳定增益。为使放大器能稳定工作，可在放大器的输出工作，可在放大器的输出端至地之间串入端至地之间串入RC网络网络进行补偿。进行补偿。 供给触发器；三角波和误差放大器的输出一起加到比较器的输供给触发器；三角波和误差放大器的输出一起加到比较器的输入端，经逻辑控制电路，生成入端，经逻辑控制电路，生成U3、U4以控制输出级的晶体管。以控制输出级的晶体管。 振荡器可输出方波和振荡器可输出方波和三角波，方波作为时钟提三角波，方波作为时钟提HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2
12、006.10CW1524/2524/3524的主要功能有：的主要功能有：（1）通过脉冲宽度调制，实现对输出电压的稳定；）通过脉冲宽度调制，实现对输出电压的稳定；（2）为了防止输出级晶体管直通而烧毁，在两只晶体管转换）为了防止输出级晶体管直通而烧毁，在两只晶体管转换 的换瞬间，设置了两晶体管都不导通的死区时间；的换瞬间，设置了两晶体管都不导通的死区时间；（3）可以接收外电路过流或短路信号，而迅速关断输出级晶）可以接收外电路过流或短路信号，而迅速关断输出级晶 体管，起保护作用。体管，起保护作用。15.5.2.2 PWM控制器的主要功能控制器的主要功能15.5.2.2 PWM控制器的稳压功能控制器的
13、稳压功能 设负载电流加大，设负载电流加大，UO下降，通过外电路，加到误差放大器下降，通过外电路，加到误差放大器上的反馈电压减小，误差放大器的输出上的反馈电压减小，误差放大器的输出U1增加，与三角波增加，与三角波 (锯齿波锯齿波)比较后使比较后使VT1和和VT2的导通时间增加，输出电压的导通时间增加，输出电压UO 增增加；反之，当负载电流减小时，加；反之，当负载电流减小时，UO 增加，反馈电压增加，误增加，反馈电压增加，误差放大器的输出差放大器的输出U减小，减小，VT1和和VT2的导通时间减小，输出电的导通时间减小，输出电压压UO 减小减小，从而起到稳压作用。从而起到稳压作用。HIT集成电子技术
14、电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10ILUOUFU1T1 (T2 )UO与与T1对应对应与与T2对应对应稳压过程用符号表示如下：稳压过程用符号表示如下： HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.2.3 PWM控制器死区的设置控制器死区的设置 由波形图可以看出两只晶由波形图可以看出两只晶体管存在都不导通的死区，死体管存在都不导通的死区，死区是由逻辑控制电路实现的区是由逻辑控制电路实现的 由波形图可以看出两只晶由波形图可以看出两只晶体管存在都不导通的死区，死体管存在都不导通的死区，死区是由逻辑控制电路实现的
15、。区是由逻辑控制电路实现的。输出晶体管导通与否由或非门输出晶体管导通与否由或非门控制，或非门的三个输入量只控制，或非门的三个输入量只要有一个是高电平，晶体管即要有一个是高电平，晶体管即截止。截止。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 只有只有U2、CP、Q(或或Q)都是低电平时，晶体管才都是低电平时，晶体管才导通。导通。 Q与与Q互补，不可能同互补，不可能同时为低电平，所以晶体管时为低电平，所以晶体管不可能同时导通。至于死不可能同时导通。至于死区还要在区还要在Q的宽度基础上向的宽度基础上向前、向后再扩展一些，主前、向后再扩展一些，主要取决于要
16、取决于CP+ Q的宽度。的宽度。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.2.4 过流或短路短路保护过流或短路短路保护 当外电路发生当外电路发生短路或过流时，应短路或过流时，应立即切断主电路。立即切断主电路。左图的限流运放和左图的限流运放和短路关断晶体管的短路关断晶体管的集电极和误差放大集电极和误差放大器均接向比较器的器均接向比较器的反相输入端。反相输入端。 当出现过流时，当出现过流时，U1下降，下降， U2高电平宽度加大，由高电平宽度加大，由U3和和U4逻逻辑式可知，或非门输出低电平，晶体管将关断。辑式可知，或非门输出低电平，晶体管将关
17、断。CW3524内部内部还有关断电路，以保证短路保护的可靠，工作原理与过流保护还有关断电路，以保证短路保护的可靠，工作原理与过流保护相似。相似。HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.1015.5.2.3 PWM控制器的应用电路控制器的应用电路 CW3524的输出晶体管功率不大，需要以复合管的形式的输出晶体管功率不大，需要以复合管的形式外接大功率晶体管外接大功率晶体管VT1、VT2，且工作在开关状态。，且工作在开关状态。 VT1、VT2两集电极之间接脉冲变压器，以达到传输能量的目的。两集电极之间接脉冲变压器，以达到传输能量的目的。 1HIT集成电子技
18、术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 接脉冲变压接脉冲变压器的次级通过器的次级通过LC滤波得到直流电滤波得到直流电压，由于压，由于3524的的输出电压频率高，输出电压频率高，可达到几十千赫可达到几十千赫兹。所以滤波电兹。所以滤波电感量和滤波电容感量和滤波电容量的数值都不大，量的数值都不大，是个优点。是个优点。 振荡频率由外接的振荡频率由外接的RT、CT，即图中的，即图中的R5、C2决定。决定。 整流滤波后的直流电压经整流滤波后的直流电压经R1、R2，反馈到误差放大器的反，反馈到误差放大器的反相输入端，显然这是电压负反馈，与稳定的相输入端，显然这是电压负反馈，与稳定的 0.5UREF比较后，比较后，用于稳定输出电压。改变用于稳定输出电压。改变R3、R4的比值可在一定范围内调节输的比值可在一定范围内调节输出电压值。出电压值。 1HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案-开关稳压电路开关稳压电路 2006.10 R9是外接过流信号检测电阻，是外接过流信号检测电阻，当过流信号达到一定程度当过流信号达到一定程度时，限流放大器输出负饱和值，将误差放大器的输出电位拉时，限流放大器输出负饱和值，将误差放大器的输出电位拉下来，下来，U2变为恒定的高电平，迫使输出晶体管关闭。变为恒定的高电平，迫使输出晶体管关闭。 1
