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型开关电源

詹买金

〔提要〕本文所介绍的型开关电源的电路系采用他激式推挽输出变换器,
该变换器应用洲调宽集成块为主体的控制电路。本文对该电源各部份原理进行
分析讨论,为设计提供了理论依据,并对主要部件进行计算,最后介绍实现的情况。

一、概述

开关电源由于效率高、体积小、重量轻而引人注目。其使用范围正在不断扩大,并逐步
取代以往以串联线性调压方式为主的稳压电源。
他激式的开关电源,由于激励方波信号源是独立方波发生器产生的,其频率和占空比便
于控制。特别是出现仃振时容易查找故障,因而生产、维护检修方便。
开关电源的控制电路,目前已逐步用集成控制电路取代以分立元件组成的控制电路,而
美国生产的是一种功能齐全的控制集成块,该集成块使元器件
数量大幅度减少,也简化了设计和生产,提高了电路可靠性。在功率转换级采用集电极接地
的共发电路,减少了开关管和散热器之间的热阻,缩小了散热片的面积,提高了人身和设备
安全系数。
我们所研制的型开关电源,是为我院光通信、数字通信的条形架诸设备提供的稳
压电源,亦为设备电源小型化、系列化、规一化作一次探索。该电源只更换一个元件
便可适应一、一和一直流输人电源。

二、工作原理

电路方框图及原理

变整流、滤皮
换吸

控推

·
击小动

器级、·
整流滤波
衍

、叭
竹整流滤皮

告,保护

图电路方框图
光通信研究年第期总期

输人电压。一士、一士或一士。本电路根据不同
的。,而只需更换】一个元件便可达到同一的指标要求。
输出电压。,、为一,是主回路。从输出取样来控制的脉宽使。,达到
穗定。
输出电压。、。、。分别为、十、一。由于输出功率均较主回
路小和热源分散的缘故,本电源将它们的稳压部分分散到各盘。
告警保护本电源在各种电压无输出,输出短路、输入过流、主回路过压均能自
动送出告警信号,正常工作灯灭。
本电源的脉冲宽度是根据负载和输人电压变化而变化,岁卜迈过脉宽变化达到输出电压稳
定,所以称之为脉冲宽度调制型开关稳压电源。
本电源采用进口调宽集成块产生的方波作为变换器方波信号源,经驱动变压器
送入推挽放大输出,再经多组输出变压器送出五种输出电庄。主回路是用大电流从输出端
一取样反馈到,使输出电压稳定。

推挽功率转换级

推挽功率转换级开关波形

,
从电路基础中知道推换电路输出波形死区时间
是两个单管波形在输出端叠加而成的。开关稳
压电源中推挽功率转换级的开关波形示于图

。

图中为,导通时间为
截止时间为导通时间为截止
属感引起
。
时间图中电压尖峰为输出变压器漏感所引电压尖峰
起。由于本电源输人使用负电压,故图中为负

。
波形从图中可知,管导通便是管截图推挽功率转换级实际开关波形
止,而管导通又是,管截止。在两管导通之间始终有一间隙,这就是死区时间,以避免
共同导通而损坏功率管。也就是说,在额定负载

。,。
,,。产
各一
付输入电压最低脉冲最宽它的录大占空比为下石蕊福尧任刁。

集电极接地的共发输出电路
本电源功率转换采用推挽形式。由于功率晶体管一般集电极与管壳相通,结构安排上往
往总是将它放置在散热效果好的暴露处。一般管子的集电极是接至高压,为了防止集电极与
散热片直接相接,通常采取绝缘措施,这不仅增加了热阻,而管壳上高压依然存在,往往给
人身和设备带来了不安全因素。因此我们不采用常见的共发电路,而采用晶体管集电极直接
接地的电路,这样就避免了上述问题。由于输入端和输出端仍以发射极为公共端故仍是共发电
路。
功率转换开关管功耗的讨论
功率转换级是开关电源的核心,而开关管的功耗又是令人关注的问题,这里根据电压、
电流开关波形,求出计算公式,为计算提供依
据。
为了便于讨论,将波形的上升沿和下降沿
展宽。波形中出现电压电流尖峰的原因是
晶体管开通时,由于整流管的恢复特性和集电
极电容所引起电流尖峰关断时,由于漏感储
能所引起电压尖峰。如图所示。
图中。为功率转换管共同截止期间施
加在集、射之间电压为集电极工作电流
。为集电极电流的饱和压降为工作工困三刃弓二⋯
周期,。为集电极漏电流。
开关工作波形一周期划分为、、
。四个时区,四个时区的损耗分为两类上
升期间和下降期间,的损耗称为暂态损耗,
,约粤
它与晶体管的开关特性有直接关系称为开
关损耗,而导通期间。和截止期间。的损图集电极电压电流开关波形示意图
耗与晶体管的开关特性无关,叫做稳态损耗。各时区的损耗分别用。二’。求
‘’”’一‘‘口“一一条。’、一‘一、一‘’、
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得。下面按图分段讨论各时区的损耗公式。
①上升损耗,的计算

因二,为简化计算,对、两时区分别积分

,,
二、一二。一一灿
设瞬时电流““‘石‘志阶‘“夕”“‘’一忽略

瞬时电压