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自激式降压电源的结构和工作原理1基本结构基本结构图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自激式降压型电源工作原理图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电源保护电路图2-3 晶闸管过压保护过压保护原理 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。图2-4 自激式电源过流保护过流保护原理 2.2 自激电源的优化自激电源的优化2.2.1 增大降压比控制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，即对原脉冲变压器进行改型。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-，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 2.2.2 自激电源的同步控制自激电源的同步控制图2-6 TC-29CX电源电路 2.3 自激式降压型集成电源自激式降压型集成电源图2-7 直接取样开关电源电路 2.3.1 直接取样电源电路直接取样电源电路2.3.2 间接取样电源电路间接取样电源电路图2-8 间接取样开关电源电路 2.4 升压式自激电源升压式自激电源升压式开关电源是不隔离型开关电源的另一种应用较多的开关电源，尤其在目前的移动通信、移动视频显示器中更得到广泛应用。升压式开关电源的原理图见图2-9。图2-9 升压式开关电源原理图 2.5.1 隔离电源基本电路隔离电源基本电路基本电路是开关电源完成功能所需的最简单的应用电路，它具备了此类电源的所有基本单元。自激式隔离型开关电源工作原理框图见图2-10，其主要功能部分包括：开关管开关管VT和和T组成的自激振荡电路组成的自激振荡电路、脉冲宽度调制的控制系统脉冲宽度调制的控制系统、取样系统取样系统和次级的脉冲整流滤波电路次级的脉冲整流滤波电路等。图2-10 自激式隔离型开关电源工作原理 2.5 开关电源的隔离开关电源的隔离下面以图2-11典型电路分析工作原理。图2-11 自激式隔离型开关电源基本电路 2.5.2 提高隔离电源稳压性能提高隔离电源稳压性能隔离开关电源在实际设计中需考虑其稳压性，可以从稳压器正反馈量入手。当输入电压或负载电流变化时，将开关管正反馈量限制在一定范围内，使低输入电压、大负载电流时有正常的正反馈量；当输入电压升高或负载电流减小时，抑制正反馈量的升高，达到扩大稳压性能的目的。图2-12 正反馈脉冲钳位电路 图2-13所示为恒流驱动电路，电路中设有两路正反馈支路。图2-13 恒流驱动电路 2.5.3 双双PWM控制控制为了提高稳压效果，自激式开关电源可以采用双路或多路PWM控制，采用两只脉宽控制管或两路独立的控制电路，扩大脉宽调制器的控制能力。因为两路PWM电路同时出现故障的机会极小，所以不仅提高了控制能力，可靠性也大为提高。1双路双路PWM电路电路图2-14为双路PWM控制的基本电路。1双路双路PWM电路电路图2-14 双路PWM控制的基本电路 2隔离开关电源保护电路隔离开关电源保护电路开关电源保护电路设置的作用是：保护开关电源本身，尽量减少故障率，或者在偶然发生故障时减小其损坏范围；设置输出过压保护，避免损坏负载电路。 保护电路按其保护方式分为故障前保护和故障后保护。过压、过流抑制保护即为故障前保护；发生故障后，可防止故障范围扩大、减小损失的硬保护措施，即为故障后保护。 采用双路控制的自激式开关电源属故障前保护，常设以下保护电路。(1) 软启动电路。在开关电源启动时，开关管振荡过程中的振荡脉宽不是突然进入额定脉宽，而是有一段启动过程。以图2-11的电路为例，开机瞬间，C312两端取样电压达到额定值需有一定时间，在C312充电过程中，误差放大器检出的取样电压偏低，因而脉宽控制电路减小了对开关管基极的分流，使振荡电路脉宽增大，形成开机冲击电流。脉宽的增大，使开关管在开机瞬间有一较大的冲击电流。为了避免这种硬启动过程带来的危害，需要在取样分压电路中加入软启动电路。图2-11 自激式隔离型开关电源基本电路 (2) 过流保护电路。对负载短路过流的保护一般设在输出电路中，与不隔离式开关电源采用相同的电路。在隔离式开关电源中，还需设置开关管的过流保护电路，其电路组成见图2-15。图2-15 开关管过流和输入过压保护 2.5.4 两路正反馈控制两路正反馈控制图2-16 两路正反馈电源电路 2.6 自激开关电源应用设计自激开关电源应用设计2.6.1 办公设备电源办公设备电源2.6.2 显示器电源显示器电源2.7 典型设备开关电源典型设备开关电源2.7.1 原理框图原理框图本节以典型的T3877N为例说明彩色电视机开关电源工作原理，原理框图如图2-19所示，电路原理图如图2-20所示。图2-19 T3877N的开关电源工作原理框图 图2-20 T3877N电路原理图