具有隔离功能的自激式开关电源相关电路图及工作原理论证.doc

具有隔离功能的自激式开关电源相关电路图及工作原理论证.doc,经过输入整流供电设备的“地”带有市电,绐用户及维护造成潜在危险。同时,由于对CMOS集成电路和数字处理集成电路的应用日益广泛,倘若采用此类过压敏感的器件,是不能与市电采用同一参考点的。即使是普通设备,随着功能的扩展,具有多种规格的音视频或数字信号接口,信号地与市电也必须隔离。通常人们所说的并联型开关电源,指开关管和负载电路是并联的,目前多用于升压型不隔离开关电源中。此处所称I/O隔离的开关电源,也称为脉冲变压器耦合的开关电源。输入电源通过开关管控制脉冲变压器初级线圈的能量存储,能量释放则通过脉冲变压器次级进行。改变脉冲变压器的匝数比,可以得到各种不同的脉冲电压,整流滤波后,以直流向负载提供电压。很明显,开关电源的输入和输出端是通过脉冲变压器的磁耦合传递能量的,脉冲变压器绕组之间的绝缘,使初级侧与次级侧完全隔离,绝缘电阻和抗电强度均可达到很高。目前所有从市电供电的设备,几乎全部采用此类开关电源,取代了多年来使用的工频变压器和耗能型稳压器。脉冲变压器耦合的开关电源按其激励方式分为自激式和它激式。自激式脉冲变压器耦合的开关电源是以开关管为主组成脉冲变换器,将直流电变成脉冲波,通过脉冲变压器耦合送往负载电路;它激式则以开关管作为独立开关,与脉冲变压器储能绕组串联接入供电电路,开关管则受独立的脉冲驱动器输出的调宽脉冲控制。脉冲变压器耦合的开关电源按其向负载提供能量的方式,可分为正激式和反激式。正激式脉冲变压器耦合的开关电源是在开关管导通时,向负载提供能量;反激式则为电—磁—电转换方式,通过脉冲变压器的能量存储,在开关管截止期间向负载提供能量。-10,其主要功能部分包括:开关管VT和TC组成的自激振荡电路,脉冲宽度调制的控制系统,取样系统,次级的脉冲整流滤波电路等。自激式隔离开关电源的基本电路如图2-11所示。由开关管VT304和脉冲变压器TC301构成的间歇振荡器组成变换器电路。将C308两端输入的直流电变换成矩形波,加在TC301的初级。接通电源后,输入电压通过R302给VT304基极施加不足1mA的启动偏置,VT304集电极电流由零开始上升。集电极电流的增长,使T301正反馈绕组⑨端产生上升的感应脉冲,加到VT304基极,形成正反馈,使VT304导通电流进一步增大。在此过程中,C313充电,随着充电电流逐渐减小,IB随之减小,VT304进入IB·β<IC的相对饱和状态,迫使集电极电流回落,造成TC301正反馈绕组⑨端形成脉冲反向,VT304因正反馈作用迅速截止。在此期间,C313通过V308快速放电,以准备进入下一个振荡周期。在振荡过程中,R314不仅限制C313在正反馈脉冲前沿的充电电流,同时还和C313共同设定振荡电路的基本脉冲宽度。图2-10自激式隔离开关电源原理电路图2-11自激式隔离开关电源的基本电路在振荡过程中,当VT304集电极电流减小,趋向快速截止时,TC301的正反馈绕组⑨端为负向脉冲,⑧端为正向脉冲,通过二极管V307向C314充电,其极性为左正右负。该反偏电压通过VT303的C-E极施加于VT304的B-E极上。当VT304下一个导通周期开始时,通过改变VT303的集电极电流,可控制VT304的截止时间。如果VT303集电极电流较大,C314放电电流也较大,则该放电电流形成VT304的反向偏置,使VT304提前截止。所以,C314和VT303构成对VT304导通脉冲宽度的控制。在上述振荡过程中,当VT304截止时,TC301的感应脉冲和供电电压串联加在VT304集电极,输入电压为300V直流时,其幅度约为520V。根据图示TC301各绕组相位关系可以看出,TC301初级绕组①端和次级绕组④端同相位,即VT304截止时,V320导通,将次级绕组⑤-④的感应脉冲整流,向负载供电。因此可以确认此变换器部分属反激式电路。在图2-11中,C313充电时间设定了VT304导通的最大脉冲宽度。实际在开关电源中,所谓开关管的饱和并非指手册上规定的其最大集电极饱和电流,而是电容充电时间临近结束时,使加到开关管基极正反馈电流减小,开关管达到IB·β<IC的状态。也就是说,这种饱和是IB值所限制下的饱和,使开关管IC减小,通过正反馈转入截止状态。在该电路中,C313、R314的值限制了VT304导通时间的最大集电极电流,使其不超过规定值。在此最大值限定下,开关管有一对应最大导通脉宽,在此脉宽之内受控于C314、VT303脉宽调制器,以改变输出电压。该正反馈电路加入V308,加快了C313的放电速度,脉冲调宽电路使VT304提前截止。C313的快速放电,导致下一个导通周期