开关电源基础与应用 第2章ppt课件.ppt

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1、第2章自激式开关电源2.1自激式开关电源的结构和保护电路2.2自激电源的优化2.3自激式降压型集成电源2.4升压式自激电源2.5开关电源的隔离2.6自激开关电源应用设计2.7典型设备开关电源2.1自激式开关电源的结构和保护电路2.1.1自激式降压电源的结构和工作原理　　1．基本结构降压型开关电源是最基本的开关电源，图2-1是自激式降压开关电源的结构图。输入的直流电压经过开关管通/断控制变成周期性矩形波。设开关周期为T，开关管导通时间为ton，开关管截止时间为toff。图2-1自激式降压型电源结构图2．自激式降压型电源工作原理图2-2所示的不隔离电源为自激式降压型开关电源

2、的基本电路。VT1为开关管；T为储能电感；VD1为续流二极管；C2、C3分别为输入和输出电压滤波电容；VT2为脉宽调制器；VT3为误差检出放大器；VZD2、R4构成基准电压；R5、R6为输出电压取样分压器。VT1和T组成最基本的间歇振荡电路，VT1无需外驱动脉冲。T有两种功能：一是由初级绕组①-②构成储能电感；二是初级绕组①-②和次级绕组③-④构成脉冲变压器，使得VT1可以依靠脉冲变压器的正反馈作用产生振荡。图2-2不隔离电源原理图2.1.2降压型电源保护电路降压型开关电源的输出过压保护至关重要，因为输出电压超压，不仅开关电源本身受损，负载电路也同时会损坏。新的过压保护器

3、件的内部电路由一只小型压敏二极管VDVS和一只晶闸管VS组成，见图2-3。小电流的VDVS和晶闸管VS封装在同一芯片上，VDVS击穿后触发大电流晶闸管VS，使短路效果更可靠。该器件有A、K、G三只脚，外表与晶闸管相同，用于保护电路时，在G极和K极之间外电路加入R、C，防止干扰脉冲造成晶闸管误触发。图2-3晶闸管过压保护原理自激式降压型开关电源的过流保护相当重要，因为自激式负载短路保护功能不可能代替负载过流保护。实用中一旦开关电源负载过流引起开关管击穿，将造成严重超压，使开关电源和负载电路同时损坏。　　最简单的过流保护可通过在电路中加入负载电流I0取样电路实现，原理见图2

4、-4。在开关电源稳压输出端，设置负载电流取样电阻R0，通过R0将负载电流I0变成过流电压U0=I0·R0。VT2作为过流控制管，当I0R0> 0.7 V时，VT2导通，稳压管输出电压U2经VT2集电极输出，触发晶闸管导通，将开关电源负载短路，实现停振保护。该电路具有自锁功能，一旦负载电流增大的持续时间超过C的充电时间，电路触发后，即使负载电流恢复正常也不能解除保护状态，必须关断电源排除过流因素，晶闸管才能复位。电路中R0阻值的选择由负载电流保护阈值而定，一般R0取值极小，在开关电源正常负载电流时其压降小于0.3 V。R1和C1构成保护启动延时电路，防止开机瞬间负载电流冲击

5、造成电路误动作。图2-4自激式电源过流保护原理利用晶闸管的短路保护可以实现更精确的过压保护。用分压电阻将U2分压，将分压点经过稳压二极管接入晶闸管控制极。如果U2升高，分压点电压使稳压管反向击穿，则触发晶闸管导通。由于稳压管有比较准确的稳定电压值，特性曲线比较陡，反向电流较小，因此这种过压保护精度可以达到输出电压2%以内，优于上述简单的过压保护电路。2.2自激电源的优化2.2.1增大降压比控制在图2-2所示电路中，当开关管导通时，加在储能电感两端的为全部输入电压。为了使储能电感在能量释放时有较低的电压输出，只有通过压缩脉冲宽度，减小能量存储。但在脉冲幅度不变时，单纯靠减小

6、脉冲宽度有一定限度，即受到开关管可控导通时间的限制和输出纹波增大的限制。因此，当脉宽减小到一定限度时，开关管的振荡处于占空比极小的状态，输出直流电靠滤波电容的放电予以保持，导致电源内阻增大，难以输出较大的电流。解决上述问题的方法是将原储能电感部分改为脉冲变压器，即对原脉冲变压器进行改型。开关管导通期间通过脉冲变压器初级储存能量，开关管截止时脉冲变压器通过次级向负载释放能量。如果此脉冲变压器初、次级绕组的匝数比增大，次级释放能量形成的感应电压则必然较低。假设脉冲变压器能量存储与释放是相等的，其次级电路将感应出低脉冲幅度、大电流的感应电压向负载及滤波电容放电。除此之外，脉冲变

7、压器代替储能电感后，电路的降压功能不只依靠压缩脉宽，还可以通过改变脉冲变压器初、次级变比的方式得到设定的降压输出。依此原理设计的自激式降压型开关电源电路如图2-5所示。脉冲变压器T增设了副绕组④-⑤，在电路的振荡过程中，其元器件的作用与图2-2所示的相同。区别是储能电感和开关管的位置被互换，但对储能电路来说作用相同，对电路功能无任何影响。图2-5降压比增大电路在图2-5所示的电路中，还可以用增加副绕组的方式获得另一组更低的输出电压，如图中的U3，因为开关电源工作在稳压状态，所以U3基本上是稳定的。但是U3输出电压并未经取样反馈