高頻開關(guān)電源電路原理

    高頻開關(guān)電源由以下幾個部分組成:

    一、主電路

    從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程,包括:

    1、輸入濾波器:其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾,同時也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng).

    2、整流與濾波:將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換.

    3、逆變:將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電,這是高頻開關(guān)電源的核心部分,頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小.

    4、輸出整流與濾波:根據(jù)負(fù)載需要,提供穩(wěn)定可靠的直流電源.

    二、控制電路

    一方面從輸出端取樣,經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,然后去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達(dá)到輸出穩(wěn)定,另一方面,根據(jù)測試電路提供的資料,經(jīng)保護(hù)電路鑒別,提供控制電路對整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施.

    三、檢測電路

    除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外,還提供各種顯示儀表資料.

    四、輔助電源

    提供所有單一電路的不同要求電源.

    開關(guān)控制穩(wěn)壓原理

    開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開,在開關(guān)K接通時,輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL,在整個開關(guān)接通期間,電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時,輸入電源E便中斷了能量的提供.可見,輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的,為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供,開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置,在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來,在開關(guān)斷開時,向負(fù)載釋放.圖中,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,就具有這種功能.電感L用以儲存能量,在開關(guān)斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載,使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量,因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷,所以稱為續(xù)流二極管.在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:

     EAB=TON/T*E

    式中TON為開關(guān)每次接通的時間,T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和).

    由式可知,改變開關(guān)接通時間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變.改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱為“時間比率控制”(Time Ratio Control,縮寫為TRC).

    按TRC控制原理,有三種方式:

    一、脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,縮寫為PWM) 開關(guān)周期恒定,通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式.

    二、脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,縮寫為PFM) 導(dǎo)通脈沖寬度恒定,通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式.

    三、混合調(diào)制

    導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它是以上二種方式的混合.

    第三節(jié)  開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢

     1955年美國羅耶(GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端,1957年美國查賽(Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器,1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想,這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑.到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高,二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善,終于做成了25千赫的開關(guān)電源.

    目前,開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(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方式.目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源,雖已實用化,但其頻率有待進(jìn)一步提高.要提高開關(guān)頻率,就要減少開關(guān)損耗,而要減少開關(guān)損耗,就需要有高速開關(guān)元器件.然而,開關(guān)速度提高后,會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲.這樣,不僅會影響周圍電子設(shè)備,還會大大降低電源本身的可靠性.其中,為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌,可采用R-C或L-C緩沖器,而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器.不過,對1MHz以上的高頻,要采用諧振電路,以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波,這樣既可減少開關(guān)損耗,同時也可控制浪涌的發(fā)生.這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān).目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍,因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零,而且噪聲也小,可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式.當(dāng)前,世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實用化研究.