一種自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1 引 言

　　開關(guān)電源是一種利用開關(guān)功率器件并通過功率變換技術(shù)而制成的直流穩(wěn)壓電源.它具有體積小、重量輕、效率高、對電網(wǎng)電壓及頻率的變化適應(yīng)性強(qiáng)、輸出電壓保持時(shí)間長、有利于計(jì)算機(jī)信息保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源.開關(guān)電源又被稱為高效能節(jié)能電源,內(nèi)部電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài),自身消耗的能量很低,一般電源效率可達(dá)80%左右,比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍.目前生產(chǎn)的無工頻變壓器式中,開關(guān)電源仍然采用脈沖寬調(diào)制器PWM或脈沖頻率調(diào)制器PFM的原理.本文根據(jù)PWM原理,利用開關(guān)管BU508A,結(jié)合實(shí)例介紹一種無工頻變壓器的反激隔離式的開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).

2 主要技術(shù)參數(shù)

輸入電壓:AC220V

輸入頻率:50Hz

輸入電壓范圍:AC165V-265V

輸出電壓:DC24V,2A

輸出功率:48W

3 工作原理

　　開關(guān)電源的工作原理如圖1所示,輸入電壓為AC220v,50Hz的交流電,經(jīng)過濾波,再由整流橋整流后變?yōu)橹绷?通過控制電路中開關(guān)管的導(dǎo)通和截止使高頻變壓器的一次測產(chǎn)生低壓高頻電壓,經(jīng)由小功率高頻變壓器藕合到二次測,再經(jīng)整流濾波,得到直流電壓輸出.為了使輸出電壓穩(wěn)定,用了TL431取樣,將誤差經(jīng)光耦合放大,通過PWM來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止時(shí)間(即占空比),使得輸出電壓保持穩(wěn)定.

圖1 開關(guān)電源的工作原理圖

4 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

　　開關(guān)電源電路圖如圖2所示.在此功率轉(zhuǎn)換電路中,采用單端反激式變換器,單端是因?yàn)槠涓哳l變壓器的磁芯只工作在第一象限.按變壓器的副邊開關(guān)整流器二極管的接線方式不同,單端變換器可分為兩種:正激式與反激式.原邊主功率開關(guān)管與副邊整流管的開關(guān)狀態(tài)相反(開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),副邊的整流二極管截止)稱為單端反激式.當(dāng)原邊加到高電平激勵(lì)脈沖使Q1導(dǎo)通,直流輸入高頻變壓器的原邊兩端,此時(shí)因副邊是上負(fù)下正,使整流二極管截止;當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為低電平使Q1截止,原邊兩端極性反向,使副邊繞組兩端變?yōu)樯险仑?fù),則整流二極管被正向?qū)?此后變壓器副邊的磁能向負(fù)載釋放.因此單端反激式變換器只是在原邊Q1導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量,當(dāng)它截止時(shí)才向負(fù)載釋放,故高頻變壓器在開關(guān)過程中,既起變壓隔離作用,又是電感儲(chǔ)能元件.

　　在交流電源的輸入端接入的電磁干擾濾波器,由共模扼流圈L1、C2和C3構(gòu)成,C2和C3的中點(diǎn)應(yīng)接地,用來抑制共模干擾.C1用來濾波,濾除串模干擾,電容量較大.鑒于開關(guān)管BU508A在關(guān)斷的瞬間,高頻變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓,利用C8、R3和D1組成鉗位電路,C9的作用是濾除開關(guān)管集電極的尖峰電壓,決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率,C9和R4一起對控制回路進(jìn)行補(bǔ)償,同時(shí)C9和R4還起原邊快速復(fù)位的作用,能有效的保護(hù)開關(guān)管不被損壞.

圖2 開關(guān)電源電路圖