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1、15.5 开关稳压电源,15.5.1 开关稳压电源的稳压原理,15.5.2 PWM控制器（开关电 源控制器）,以上介绍的稳压二极管稳压电路和串联式稳压电源是模拟稳压电源。就串联式稳压电源而言，调整管是串联于输入和负载之间，输出电压的稳定是依靠调节调整管的管压降UCE来实现的，调整管工作于线性放大区，一般UCE有510V的电压降，调整管的功耗大，稳压电源的效率低。,为克服模拟稳压电源功耗大的缺点，可采用开关型稳压电源。开关稳压电源中的调整管工作在开关状态，在调整管截止时，穿透电流很小，消耗功率也很小，而管子饱和导通时，功耗为饱和压降UCES与集电极电流IC的乘积，管耗也较小。,15.5.1 开关
2、稳压电源的稳压原理,以串联开关型稳压电源为例，介绍开关稳压电源的工作原理，原理图如图所示。图中是未经稳压的的直流输入电压，晶体管为开关管，uB为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L和电容C组成滤波电路，VD为续流二极管。开关稳压电路主要由开关管、开关驱动电路和滤波电路组成。,图15.5.1 串联式开关型稳压电源原理图,当uB为高电平时，VT饱和导通，电流经调整管向电感L充电，L开始存储能量，电容C开始充电。此时二极管截止，有,当uB为低电平时，VT截止，此时VT管的射极电流为零，但是电感 L 以电流的形式放电，其感应电势令VD导通，给放电电流提供通路，所以VD称为续流二极管。同时C开始放电，维
3、持负载上的电流基本不变，此时有,当电路中L和C的取值足 够大时，可以保证在开关管 VT截止期间，电感的能量 不会放尽，此时电路的输出电压和负载电流均为连续的，图显示了电路中各点的波形，其中 ton 是调整管导通时间，toff是截止时间，T是开关的动作周期。,图15.5.2 开关型稳压电源的波形图,若忽略L上的压降，且电流连续时，输出电压平均值等于uE的直流分量，即,占空比,15.5.1.2 驱动电路的工作原理,由UO表达式可知当输入UI波动或者电路的负载电流发生变化而引起输出电压变化时，如果能在UO增大时，减小控制电压的占空比D或在UO减小时，增大占空比D，那么输出电压就可以获得稳定。,驱动电
4、路主要由取样电阻R1、R2、基准源、误差放大器A1、三角波发生器和电压比较器A2组成。取样的反馈电压UF由R1、R2对UO分压得到，基准电压与反馈电压之差(VREF-UF)经A1放大后，作为电压比较器A2的阈值电压Up，将三角波发生器的输出与Up比较，得到开关管的控制信号。,例如当UO升高时，有如下反馈调节过程,脉宽调制型（PWM）开关电源,15.5.2 PWM控制器（开关电源控制器）,开关电源控制器在串联开关型稳压电路中的应用如图所示，它实际上就是一个脉冲宽度调制控制器，也适用于其他脉宽调制的场合。,图15.5.3 串联开关型稳压电路中PWM控制器的应用原理图,下面介绍开关稳压电源控制器CW
5、1524/2524/3524 的结构和工作原理。CW1524/2524/3524是一款性能优良、功能齐全的脉冲宽度调制控制器。,15.5.2.1 PWM控制器的结构,开关电源控制器主要包括基准源、误差放大器、三角波发生器、比较器、保护电路、逻辑控制电路和晶体管输出级等部分。大功率的调整管、续流二极管、滤波电感和滤波电容器外接。,CW1524/2524/3524内部方框图如下,误差放大器的输出端从9脚引出，9脚和1脚之间跨接电阻可构成比例运送电路，以控制放大器的增益。为使放大器能稳定工作，可在放大器的输出端至地之间串入RC网络进行补偿。,供给触发器；三角波和误差放大器的输出一起加到比较器的输入端
6、，经逻辑控制电路，生成U3、U4以控制输出级的晶体管。,振荡器可输出方波和三角波，方波作为时钟提,CW1524/2524/3524的主要功能有：（1）通过脉冲宽度调制，实现对输出电压的稳定；（2）为了防止输出级晶体管直通而烧毁，在两只晶体管转换 的换瞬间，设置了两晶体管都不导通的死区时间；（3）可以接收外电路过流或短路信号，而迅速关断输出级晶 体管，起保护作用。,15.5.2.2 PWM控制器的主要功能,15.5.2.2 PWM控制器的稳压功能,设负载电流加大，UO下降，通过外电路，加到误差放大器上的反馈电压减小，误差放大器的输出U1增加，与三角波(锯齿波)比较后使VT1和VT2的导通时间增加
7、，输出电压UO 增加；反之，当负载电流减小时，UO 增加，反馈电压增加，误差放大器的输出U减小，VT1和VT2的导通时间减小，输出电压UO 减小，从而起到稳压作用。,IL,UO,UF,U1,T1(T2),UO,与T1对应,与T2对应,稳压过程用符号表示如下：,15.5.2.3 PWM控制器死区的设置,由波形图可以看出两只晶体管存在都不导通的死区，死区是由逻辑控制电路实现的,由波形图可以看出两只晶体管存在都不导通的死区，死区是由逻辑控制电路实现的。输出晶体管导通与否由或非门控制，或非门的三个输入量只要有一个是高电平，晶体管即截止。,只有U2、CP、Q(或Q)都是低电平时，晶体管才导通。,Q与Q互
8、补，不可能同时为低电平，所以晶体管不可能同时导通。至于死区还要在Q的宽度基础上向前、向后再扩展一些，主要取决于CP+Q的宽度。,15.5.2.4 过流或短路短路保护,当外电路发生短路或过流时，应立即切断主电路。左图的限流运放和短路关断晶体管的集电极和误差放大器均接向比较器的反相输入端。,当出现过流时，U1下降，U2高电平宽度加大，由U3和U4逻辑式可知，或非门输出低电平，晶体管将关断。CW3524内部还有关断电路，以保证短路保护的可靠，工作原理与过流保护相似。,15.5.2.3 PWM控制器的应用电路,CW3524的输出晶体管功率不大，需要以复合管的形式外接大功率晶体管VT1、VT2，且工作在
9、开关状态。VT1、VT2两集电极之间接脉冲变压器，以达到传输能量的目的。,1,接脉冲变压器的次级通过LC滤波得到直流电压，由于3524的输出电压频率高，可达到几十千赫兹。所以滤波电感量和滤波电容量的数值都不大，是个优点。,振荡频率由外接的RT、CT，即图中的R5、C2决定。,整流滤波后的直流电压经R1、R2，反馈到误差放大器的反相输入端，显然这是电压负反馈，与稳定的 0.5UREF比较后，用于稳定输出电压。改变R3、R4的比值可在一定范围内调节输出电压值。,1,R9是外接过流信号检测电阻，当过流信号达到一定程度时，限流放大器输出负饱和值，将误差放大器的输出电位拉下来，U2变为恒定的高电平，迫使输出晶体管关闭。,1,
