模拟电路 作者 张丽华第9章 ch09-3.ppt

9.3.1 开关型稳压电路的工作原理 1. 开关管和滤波电路的工作原理 2. 驱动电路的工作原理 9.3.2 集成开关稳压器的应用 9.3 开关型稳压电路 9.3.1 开关型稳压电路的工作原理 9.3.2 集成开关稳压器的应用 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 串联反馈式稳压电路由于调整管工作在线性放大区，因此在负载电流较大时，调整管的集电极损耗 (PC= UCEIO)相当大，电源效率较低（40%～60%），有时还要配备庞大的散热装置。为了克服上述缺点，可采用开关式稳压电路，该电路中的调整管工作在开关状态（饱和导通和截止）。由于管子饱和导通时管压降UCES和截止时管子的电流ICEO都很小，管耗主要发生在状态转换过程中，电源效率可提高到80%～90%。它的造价低，体积小。其主要缺点是输出电压中所含纹波较大。现在开关型稳压电源被广泛应用于各种电子电路之中。 开关电源按开关管连接方式分为：串联型、并联型和脉冲变压器（高频变压器）耦合型。 串联开关型稳压电源原理图如图9-21所示。 图中UI是未经稳压的的直流输入电压，晶体管VT为开关管，uB为矩形波，控制开关管的工作状态；A1是误差放大器；A2是电压比较器；电感L和电容C2组成滤波电路，VD为续流二极管；R1、R2为取样电路；它与基准电压电路、误差放大器、三角波发生器和电压比较器组成驱动电路。 开关管VT在电路中与负载电路呈串联结构，其工作状态受其基极电压uB的控制。 当uB为高电平时，开关管VT工作于饱和导通状态，电流经调整管流向电感，电感L开始存储能量，电容C2开始充电，二极管VD截止，此时，uE=UI-UCES≈UI。 当uB为低电平时，开关管VT工作于截止状态，此时虽然开关管的射极电流为零，但是电感L开始释放能量，其感生电势使二极管VD导通，给电感中的电流一个通路，所以这个二极管VD称为续流二极管。同时电容C2开始放电，维持负载上的电流不变，此时，uE= -UD≈0 。 当电路中L和C2的取值足够大，可以保证在开关管截止期间，电感的能量不能放尽，输出电压含有的交流分量能被电容C2滤除，此时电路的输出电压uO和负载电流iL均为连续的。图9-22显示了电路中各点的波形，其中ton是调整管导通时间，toff是截止时间，T是开关转换周期。 若将uE视为直流分量和交流分量之和，在忽略滤波电感L的直流压降的情况下，则输出电压平均值等于uE的直流分量，即 定义q =ton/T 图9-22 开关稳压电源的电压、电流波形 由Uo式可知，当电路的输入电压波动或者电路的负载发生变化而引起输出电压的变化时，如果能在UO增大时，减小控制电压uB的占空比或在UO减小时，增大uB的占空比，那么输出电压就可以获得稳定。 驱动电路的工作原理是：取样电路通过R1、R2对UO分压得到反馈电压UF，基准电压电路输出稳定的电压UREF，两个信号之差经A1放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压UP，将三角波发生器的输出uS与UP比较，得到开关管的控制信号uB。 当UO升高时，反馈电压UF随之增大，与基准电压UREF之间的差值减小，因而误差放大器A1的输出电压UP减小，经电压比较器使uB的高电平变小，占空比q变小，因此输出电压随之减小，调节的结果令UO基本不变。其调节控制过程简述如下： 当UO减小时，与上述变化过程相反。值得注意的是，负载电阻变化时会影响LC2滤波电路的滤波效果，因而开关型稳压电路不适用于负载变化较大的场合。 由以上分析可知，通过调节控制信号的占空比来改变开关管的导通时间ton，从而实现稳压的目的，但是开关管的开关周期T保持不变。这种控制方式称为脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)。由此实现稳压目的的开关电源，称为脉宽调制型开关型电源。 开关型稳压电源的最低开关频率fT一般在10~100kHz之间。fT越高，需要使用的L、C2值越小，这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之降低。另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加，使开关调整管的管耗增加，而效率将降低。 图9-23是脉宽调制型串联开关型稳压电源电路。它的开关调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。 开关管VT的工作状态受PWM电路输出的矩形波uB的控制。 当uB为高电平时，VT饱和导通，UI通过VT给电感L充电储能，充电电流几乎线性增大，二极管VD因承受反压而截止，滤波电容C对负载RL放电，输出电压UO极性上正下负。