高頻開關(guān)電源的組成及分類
開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點,在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛的應用。但由于開關(guān)電源的控制電路比較復雜、輸出紋波電壓較高,所以開關(guān)電源的應用也受到一定的限制。
電子裝置小型輕量化的關(guān)鍵是供電電源的小型化,因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗。開關(guān)電源中的調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài),必然存在開關(guān)損耗,而且損耗的大小隨開關(guān)頻率的提高而增加。另一方面,開關(guān)電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗,也隨頻率的提高而增加。
目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管,開關(guān)頻率可達幾十kHz;采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達幾百kHz。為提高開關(guān)頻率必須采用高速開關(guān)器件。對于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路,這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度,原理上開關(guān)損耗為零,噪聲也很小,這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)方式的兆赫級變換器已經(jīng)實用化。
開關(guān)電源的集成化與小型化已成為現(xiàn)實。然而,把功率開關(guān)管與控制電路都集成在同一芯片上,必須解決電隔離和熱絕緣的問題。
1開關(guān)電源的基本構(gòu)成
開關(guān)電源采用功率半導體器件作為開關(guān)器件,通過周期性間斷工作,控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1所示,其中DC/DC變換器進行功率轉(zhuǎn)換,它是開關(guān)電源的核心部分,此外還有起動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路(R1、R2)檢測輸出電壓變化,與基準電壓Ur比較,誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制(PWM)電路,再經(jīng)過驅(qū)動電路控制功率器件的占空比,從而達到調(diào)整輸出電壓大小的目的。圖2是一種電路實現(xiàn)形式。
DC/DC變換器有多種電路形式,常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器。
對于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源,輸出對輸入的瞬態(tài)響應特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定。但對于開關(guān)型穩(wěn)壓電源,輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端。提高開關(guān)頻率的同時,由于反饋放大器的頻率特性得到改善,開關(guān)電源的瞬態(tài)響應問題也能得到改善。負載變化瞬態(tài)響應主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應特性。
2開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類
開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種:
(1)按驅(qū)動方式分,有自勵式和他勵式。
(2)按DC/DC變換器的工作方式分:①單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等。
(3)按電路組成分,有諧振型和非諧振型。
(4)按控制方式分:①脈沖寬度調(diào)制(PWM)式;②脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;③PWM與PFM混合式。
(5)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分,有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。
以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源。因此設(shè)計者需根據(jù)各種方式的特征進行有效地組合,制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源。
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