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1、10.5 开关型稳压电源 为为解解决决线线性性稳稳压压电电源源功功耗耗较较大大的的缺缺点点，研研制制了了开开关关型型稳稳压压电电源源。开开关关型型稳稳压压电电源源效效率率可可达达90%以以上上，造造价价低低，体体积积小小。现现在在开开关关型型稳稳压压电电源源已已经经比比较较成成熟熟，广广泛泛应应用用于于各各种种电电子子电电路路之之中中。开开关关型型稳稳压压电电源源的的缺缺点点是是纹纹波波较较大大，用用于于小小信信号号放放大大电电路路时时，还还应应采采用用第第二级稳压措施。二级稳压措施。10.5.1 开关型稳压电路的工作原理10.5.2 集成开关型稳压器1开关型稳压电源10.5.1 开关型稳压电
2、路的工作原理 开开关关型型稳稳压压电电源源的的原原理理可可用用图图10.2310.23的的电电路路加加以以说说明明。它它由由调调整整管管、滤滤波波电电路路、比比较较器器、三三角角波波发发生器生器、比较放大器比较放大器和和基准源基准源等部分构成。等部分构成。图图10.23 10.23 开关型稳压电源原理图开关型稳压电源原理图2开关型稳压电源 三角波发生器通过比较器产生一个方波三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。截止时，必须给电感中的电流提供
3、一个泄放通路。续流续流二极管二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。即可起到这个作用，有利于保护调整管。 根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出放大器的输出时，比较器输出高电平高电平，对应调整管的，对应调整管的导通时间为导通时间为t tonon；反之输出为；反之输出为低电平低电平，对应调整管的，对应调整管的截止时间截止时间t toffoff。 输出波形中电位水平高于高电输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。当方波存在的部分。 输出波形中电位水平低于低输出波形
4、中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。相当方波不存在的部分。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，压增加，FVO增加，比较放大器的输出增加，比较放大器的输出Vf减小，比较减小，比较器方波输出的器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。电压下降。起到了稳压作用。3开关型稳压电源 各各点点波波形形见见图图10.24。由由于于调调整整管
5、管发发射射极极输输出出为为方方波波，有有滤滤波波电电感感的的存存在在，使使输输出出电电流流iL为为锯锯齿齿波波，趋趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。于平滑。输出则为带纹波的直流电压。 图图10.24 开关电源波形图开关电源波形图 分分析析见见下下页页4开关型稳压电源 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。q q称为占空比称为占空比 方波高电平的时方波高电平的时间占整个周期的间占整个周期的百分比。百分比。在输入电压一定时，在输入电压一定时， 输出
6、电压与占空比成正比。输出电压与占空比成正比。 忽略电感的直流电阻，输出电压忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为即为vE的平均分的平均分量。于是有量。于是有5开关型稳压电源1调整管工作在开关状态，功耗大大降低，调整管工作在开关状态，功耗大大降低， 电源效率大为提高；电源效率大为提高；2调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，调整管在开关状态下工作，为得到直流输出， 必须在输出端加滤波器；必须在输出端加滤波器；3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4在许多场合可以省去电源变压器；在许多场合可以省去电源变压器；5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体
7、由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体 积可大大减小。积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论：由以上分析可以得出如下结论：6开关型稳压电源10.5.2 集成开关型稳压器典型的开关电源控制器和开关电源见下表典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号型号 电源范围电源范围/ /V 最大输出电流最大输出电流 /A 内部参考源内部参考源 /V 输出级形式输出级形式 TL494 7TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或单端推挽或单端 SG3524 8SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽 SG3525 8SG3525 835 0.5 5 35 0.5 5 推挽
8、推挽 LM2575 3.5LM2575 3.535 1 1.23 _35 1 1.23 _ 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。经常也用于其它脉宽调制场合。 集成开关稳压器，集成开关稳压器，一般有两大类型一般有两大类型。一类是包。一类是包括调整管在内的括调整管在内的集成开关稳压器集成开关稳压器; ;另一类称为另一类称为开关电开关电源控制器源控制器，它不包括调整管。，它不包括调整管。(1)(1)开关稳压电源概述开
9、关稳压电源概述7开关型稳压电源 利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。 SG3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图如图10.25所示。所示。 ( (2)2)开关稳压电源控制器开关稳压电源控制器SG3524图图10.25 SG3524的内部方框图的内部方框图 它的内部它的内部包括误差放大包括误差放大器、限流保护器、限流保护环节、比较器、环节、比较器、振荡器、触发振荡器、触发器、输出逻辑器、输出逻辑控制电路和输控制电路和输出三极管等环出三极管等环节。节。8开关型稳压电源
10、SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图构成开关稳压电源的典型电路如图10.26所示。所示。图图10.26 开关稳压电源应用电路开关稳压电源应用电路9开关型稳压电源 3524从从11和和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由其开关频率由6和和7脚外接的脚外接的RT和和CT决定。决定。1和和2脚是内部运算放脚是内部运算放大器的输入端，大器的输入端，R1和和R2构成反馈回路。构成反馈回路。16脚是基准源，由脚是基准源，由R3和和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。 V3和和V
11、4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。平，它的输出即为低电平。 V3和和V4的输出由的输出由V2、CP、Q或或Q决定。因决定。因Q和和Q只能有一个是高电平，只能有一个是高电平，T2和和T1不可能同时导不可能同时导通。通。 T1和和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。只能按推挽方式工作，轮流交替导通。10开关型稳压电源SG3524电路控制过程的波形如图电路控制过程的波形如图10.27所示。所示。 图图10.27 SG3524的波形图的波形图 锯齿波由振荡器提供，锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起是误差放大器的
12、输出，它们一起加到比较器上。加到比较器上。 V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T 触发器，触发器，CP、Q和和V2 的或非是的或非是V3，决定，决定T1的通断。的通断。CP、Q和和V2 的或非是的或非是V4，决定，决定T2的通断。由于的通断。由于Q和和Q等宽，加上等宽，加上V2的存的存在，所以在，所以V3和和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和和T2 管不会同时导通。管不会同时导通。11开关型稳压电源 当当V1降低时，降低时， V2加宽，加宽， T1和和T2的宽度变窄，导通时间减的宽度变窄，导通时间减小。反之，
13、当小。反之，当V1增加时，增加时， T1和和T2 的导通时间增加。的导通时间增加。12开关型稳压电源图图16.16 开关稳压电源应用电路开关稳压电源应用电路 设负载电流加大，设负载电流加大，VO下降，反馈电压减小，误差放大器的下降，反馈电压减小，误差放大器的输出输出V1增加，增加， T1和和T2的导通时间增加，输出电压的导通时间增加，输出电压VO增加。增加。 ( (3) 3) SG3524构成的构成的开关稳压电源开关稳压电源 现在来讨论现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。构成的开关稳压电源的工作原理。图图10.25 SG3524的内部方框图的内部方框图反之，当反之，当VO增加时，反
14、增加时，反馈电压增加，馈电压增加， V输出减小，输出减小， T1和和T2的导的导通时间减小，通时间减小，输出电压输出电压VO 减小。减小。13开关型稳压电源 SG3524的的10脚也有保护功能，当脚也有保护功能，当10脚加高电平时，可脚加高电平时，可以强迫以强迫V1下降，下降， T1和和T2关断。关断。10脚与脚与4脚可实现双重保护。脚可实现双重保护。 当三极管的电流过大时，电阻当三极管的电流过大时，电阻R9上的压降增加到使限流上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即运算放大器的输出为低，即V1在大大下降，在大大下降， 使使T1和和T2 关断。关断。 由于由于SG3524可在较高的频率下工作，可在较高的频率下工作，T1和和T2 应选用高频应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可以选用较小的数值。可以选用较小的数值。14开关型稳压电源
