电源工程师设计全攻略（二）：开关电源设计

高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。

　　自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。

　　５．推挽式开关电源

　　推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器Ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

　　这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100-500 Ｗ范围内。

　　６．降压式开关电源

　　降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管VT1 导通时，二极管VD1 截止，输人的整流电压经VT1和L向Ｃ充电，这一电流使电感Ｌ中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管 VD1释放电感Ｌ中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。

　　这种电路使用元件少，它同下面介绍的另外两种电路一样，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。

　　７．升压式开关电源

　　升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管 VT1 导通时，电感Ｌ储存能量。当开关管VT1 截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。

　　８．反转式开关电源

　　反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。

　　当开关管 VT1 导通时，电感L 储存能量，二极管VD1 截止，负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时，电感Ｌ中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，同时给电容Ｃ充电。

　　几种经典的开关电源电路

　　1、感性开关式电源电路图

　　如图所示，555和R1、R2、C1组成无稳态多谐振荡器，振荡频率约在10kHz，占空比接近50%。VT2、VT3作为扩大电流用的开关管使用。当振荡方波为高电平时，VT2、VT3导通，向LC放电；为低电平时，L中的储能通过续流二极管回路向负载供电。当过压时，DW击穿，VT1饱和导通，c极呈低电平（<0.7V），使555复位、停振，起稳压和动态平衡作用。

　　2、5V不间断电源

　　电池电压GB为3.6V，由三节AANiCd电池组成。IC1位开关稳压器，IC2位线性稳压器。当输入电压Vin》7.3V，IC1将关断，在此情况下有IC2提供输出电压。Vin则通过VD1和R1以浮充电流对GB进行充电。当Vin<7.3V时，IC2则处于关断状态，IC1将3.6V电池电压升到5V，负载电流为50mA。IC2带有低电池电压监测器，并由R6、R7对Vin进行检测。监测器在7脚的输出驱动倒相器VT1，VT1又反过来驱动IC1和IC2的6脚及5脚两个关断输入脚。这两个输入具有相反的极性电平。IC1和IC2公用反馈电阻R2和R3使两个稳压器对输出电压V0都能进行监测。当IC2关断，其输出被切断。当IC1关断，芯片维持低功率状态，消耗电流小于1微安。在工作状态IC1对50mA的负载提供75%的总效率。只要正确设定限流电阻R1的阻值，就能使浮充电流电荷量不超过电池容量的10%，Vin可高达17V。

　　3、高耐压PWM开关电源

　　本电源为简单的5V、5W开关电源。图中TOP210（IC）为PWM开关。IC中含有PWM控制器，功率MOSFET和各种保护电路，这种5V、5W开关电源的成本比常用的线性电源成本低。

　　交流输入电压经VD1~VD2整流后的直流高压，加到变压器T初级线圈的一端，初级线圈的另一端加到TOP210内部输出MOSFET的漏极。VD2和VD6组成的箝位电路，把电压器T漏感引起的脉冲前沿尖峰电压限制到安全值。本电源工作频率为100kHz。变压器T次级电压级VD7整流和C4、C5、L2滤波后，输出5V的稳定电压。L1、C1、C6、C7用来减小传导辐射电流，以减小开关电源产生的射频干扰。反馈线圈两端电压经VD8整流，R1、C3滤波后，加到TOP210的控制脚，C3两端电压有TOP210来调整，以便稳定输出电压。

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