自主阅读：开关集成稳压电源的简介

1、5.5自主阅读：开关集成稳压电源的简介介绍1. 开关稳压电路的工作原理 前述的串联反馈式稳压电路由于调整管工作在线性放大区，因此在负载电流较大时，调整管的集电极损耗（PC=UCEIO）相当大，电源效率(=PO/PI=UOIO/UIIO)较低，一般为 4060，有时还要配备庞大的散热装置。为了克服上述缺点，可采用串联开关式稳压电路，电路中的串联调整管工作在开关状态，即调整管主要工作在饱和导通和截止导通状态。由于管子饱和导通时管压降UCES和截止时管子的电流ICEO都很小，管耗主要发生在状态转换过程中，电源效率可提高到8090，所以其体积小、重量轻，且适应交流电网电压波动的性能好，适应范围可达15

2、0280V。它的主要缺点是输出电压中所含纹波较大，对电子设备的干扰较大，而且电路比较复杂，对元器件要求较高。目前正寻求克服这些缺点的方法。但由于优点突出，已成为宇航、计算机、通信和功率较大电子设备中电源的主流，应用日趋广泛。 开关型稳压电路原理框图如图5.5.1所示。它与串联反馈式稳压电路相比，增加了LC滤波电路及产生固定频率的三角波电压（uT）发生器和比较器C组成的控制电路。 图5.5.1 串联开关型稳压电路原理图 工作原理：电路中，UI是整流滤波电路的输出电压，uB是比较器的输出电压。该电路利用uB控制调整管T，将uI变成断续的矩形波电压uE（uD）。当比较放大器输出电压uAuT时，uB为

3、高电平，T饱和导通，输入电压uI经T加到二极管 D的两端，电压uE等于UD（忽略管T和饱和压降），此时二极管D承受反向电压而截止，负载中有电流iD流过，电感L储存能量，同时向电容器C充电。输出电压uO略有增加。当uAuT时，uB为低电平，T由导通变为截止，滤波电感产生自感电势（极性如图5.5.1中所示），使二极管D导通，于是电感中储存的能量通过D向负载RL继续提供电流，因而常称D为续流二极管。此时电压uE等于UD（二极管正向压降）。由此可见，虽然调整管处于开关工作状态，但由于二极管D的续流作用和LC的滤波作用，输出电压是比较平稳的。图5.5.2画出了电流iL、电压uT、uA、uB、uE（uD）

4、和uO的波形。图中ton是调整管T的导通时间，toff是调整管T的截止时间，T=ton十toff是开关转换周期。显然，在忽略滤波电感L的直流压降的情况下，输出电压的平均值为 (5.5.1)式中q=ton/T称为脉冲波形的占空比。由式（5.5.1）可见，对于一定的UI值，通过调节占空比即可调节输出电压UO，故称脉宽调制（PWM）式开关稳压电源。 图5.5.2开关式稳压电路的电压电流波形 图5.5.3 UI、UO变化时各电压波形 在闭环情况下，电路能自动地调整输出电压。设在某一正常工作状态时，输出电压为某一预定值Uset，反馈电压UF=FuUset=UREF，比较放大器输出电压uA为零，比较器C输

5、出脉冲电压uB的占空比q=50，uT、uB、uE的波形如图5.5.3(a)所示。当输入电压UI增加致使输出电压UO增加时，UFUREF，uA为负值，uA与固定频率三角波电压uT相比较，得到uB的波形，其占空比q50，使输出电压下降到预定的稳压值Uset，此时，uA、uT、uB、uE的波形如图5.5.3(b)所示。同理，UI下降时，UO也下降，UFUREF，uA为正值，uB的占空地q50，输出电压UO上升到预定值。总之，当UI或负载RL变化使UO变化时，可自动调整脉冲波形的占空比，使输出电压维持恒定。 为了提高开关稳压电源的效率，开关调整管应选取饱和压降UCES及穿透电流ICEO均小的功率三极管

6、，而且为减小管耗，通常要求开关转换时间tS0.01 T，开关调整管一般选用fT10fK（fK=lT，称为开关频率）的高频功率三极管；续流二极管D的选择也要考虑导通、截止和转换三部分的损耗，所以选用正向压降小、反向电流小及存储时间短的开关二极管，一般选用肖特基二极管；输出端的滤波电容使用高频电解电容。 开关稳压电源的控制电路一般用“电压脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器）”。 开关频fK的选择对开关稳压器的性能影响也很大。fK越高，需要使用的L、C值越小，这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本将随之降低；另一方面，开关频率的增加将使开关调整管单位时间转换的次数增加，使开关调整管的功耗增加而效率将降低。

7、目前，随着开关三极管、电容、电感材料及工艺性能的改进，fK可提高到（15500）kHz。 实际的开关式稳压电源电路通常还有过流、过压等保护电路，并备辅助电源为控制电路提供低压电源等。与线性电源相同，开关电源也是用电路本身形成的反馈回路实现自动调节的，但在开关电源电路中，除有采样环节、基准电源、比较放大电路以外，还必须有把比较放大器的输出电压转换成脉冲宽度的脉宽调制器和一个固定频率的脉冲振荡器，即电压一脉宽转换电路。图5.5.4就是PWM型开关电源的线路图之一。图中IS是恒流源；V1是调整开关；V2是驱动管；D是续流二极管；L是储能器并与C组成滤波器；R和DZ是基准电源；R1，Rp，R2组成采样

8、电路；A是比较放大器；PWM是电压一脉宽转换电路，其输出的脉冲频率固定，而脉冲宽度受电压比较器A的输出电压控制，简称为脉宽调制器。图5.5.4 脉宽调制型开关电源脉宽调制器产生一系列脉冲波，通过驱动器T2激励调整开关T1。当脉冲系列使T2截止时，T1因基极得到全部IS而被激励到饱和导通，UAUI，二极管D反偏截止，电压UI对L及C充电，同时供给负载能量。电感L在T1饱和期间储存能量、电感中的电流线性上升。当脉冲系列使T2饱和时，电流IS被T2吸收，T1截止关断，续流二极管D导通，UA0，电感L在T1截止期间经二极管D及负载释放能量、电感中电流线性减小。在脉冲系列再次使T2截止时，T1又饱和导通

9、，二极管D又截止，电感电流又开始线性增长，重复上述过程。由于在T1关断期间，电感中能量经续流二极管及负载释放，因而使负载电流在T1关断期间仍然连续。如果LC组成的滤波器满足XL>>RL，XC<< RL，则负载上的脉冲列及其全部谐波都被滤去，剩下平均值，为 式中T为脉冲系列的周期，ton为V1导通的时间，q为占空比（0ql）。在图5.5.4中，设采样电路分压系数为K，比较放大器的放大倍数为AU，基准电压为Uz,则比较放大器的输出电压UO1为 UO1=AU（UzKUO） （5.5.2）设PWM的脉冲宽度调制是线性的，调制系数为km，则占空比为qkmUO1kmAU（UzKUO

10、） （5.5.3）将式（5.5.3）代入式（5.5.1）,并假定kmAUUI>>l时，整理得 （5.5.4）上式说明，开关稳压电源的输出电压与线性稳压电源的输出电压有相同的表达关系，即仅与基准电压和分压系数有关，因而其值非常稳定。开关稳压电源的稳压过程如下：当负载或输入电压变化引起输出电压UO增加时，采样电压KUO也增加，经比较放大电路后的输出电压UO1减少，使占空比q减少，进而使输出电压减少，补偿了输出电压的增加，使输出电压稳定。上述稳压过程可表示为UOKUOUO1qUO同理，当输出电压减少时，也有与上述过程相似的反馈过程，使输出电压稳定。介绍2. CW152425243524系

11、列集成开关稳压器的介绍目前常用的集成开关稳压器通常分为两类。一类是单片的脉宽调制器，其代表产品有CW1524等，这类脉宽调制器需要外接开关功率管，电路较复杂，但应用灵活。另一类是脉宽调制器和开关功率管制作在同一芯片上，构成单片集成开关稳压器，其代表产品有CW49604962等，这类集成开关稳压器集成度更高，使用方便。CW1524系列是采用双极型工艺制作的模拟、数字混合集成电路，内部电路包括：基准电压源、误差放大器、振荡器、脉宽调制器、触发器、两只输出功率晶体管及过流过热保护电路等。CW152425243524的区别在于工作结温不同（CW15241作结温为55150，CW25243524工作结温

12、为0125），其最大输入电压为40V，最高工作频率为100kHz，内部基准电压为5V，能承受的负载电流为50mA。每路输出电流为100mA。CW1524系列采用直插式16脚封装，引脚排列如图5.5.5所示，各脚的功能为： 1、2脚分别为误差放大器的反相和同相输入端，即1脚接取样电压，2脚接基准电压。3脚为振荡器输出端，可输出方波电压，6、7脚分别为振荡器外接定时电阻RT端和定时电容CT端。振荡频率fo=115RTCT，一般取RT=1.8100k，CT0.0101F。4、5脚为外接限流取样端，8脚是地端，9脚是补偿端，10 脚为关闭控制端，控制10脚电位可以控制脉宽调制器的输出，直至使输出电压为

13、零。11、12脚分别为输出管A的发射极和集电极，13、14脚分别是输出管B的集电极和发射极。输出管A和B内均设限流保护电路，峰值电流限制在约100mA。15脚是输入电压端。16脚是基准电压端，可提供电流50mA、电压为5V的稳定基准电压源，该电源具有短路电流保护。 图5.5.5 CW1524系列引脚排列 图5.5.6所示为采用CW1524构成的开关稳压电源实例，通过外接开关调整管V1、V2，可实现扩流。12和13脚、11和14脚连接在一起，将芯片内输出管A和B并联作为外接复合调整管V1、V2的驱动级。6、7脚分别接入R5和C2，故振荡器的振荡频率fo=1.15(3×103×

14、0.02×106)=19.2kHz。由16脚输出的5V基准电压经R3、R4的分压得UREF= 5V×R4(R3R4)25V，送到误差放大器的同相输入端2脚。稳压电源的输出电压UO经取样电路R1、R2的分压，获得 UFUO R2(R1R2)，送到误差放大器反相输入端 1脚。根据UFUREF，则可求得输出电压UO为 （5.5.5）4与5脚之间外接电阻R0为限流保护取样电阻，以防止T1、T2管过载损坏，其阻值决定于芯片内所需限流信号电压（为0.1V）与限定最大输出电流的比值，本电源要求输出最大电流为1A，所以R00l。9脚外接R6、C3用于防止电路产生寄生振荡。输入电压28V由1

15、5脚接入。图5.5.6 CW1524降压型开关稳压电源 介绍3. CW49604962系列集成开关稳压器的介绍 CW49604962已将开关功率管集成在芯片内部，所以构成电路时，只需少量外围元件。最大输入电压50V，输出电压范围为5.140V连续可调，变换效率为90。脉冲占空比也可以在0100内调整。该器件具有慢起动、过流。过热保护功能。工作频率高达100kHz。CW4960额定输出电流为2.5A，过流保护电流为34.5A，用很小的散热片，它采用单列7脚封装形式，如图5.5.7（a）所示。CW4962额定输出电流为1.5A，过流保护电流为2.53.5A，不用散热片，它采用双列直插式16脚封装，

16、如图5.5.7（b）所示。 图5.5.7 CW4960/4962引脚排列CW49604962内部电路完全相同，主要由基准电压源、误差放大器、脉冲宽度调制器、功率开关管(内接)以及软启动电路、输出过流限制电路、过热保护电路等组成。CW49624960的典型应用电路如图5.4.8所示（有括号的为CW4960的管脚标号），它为串联型开关稳压电路。输入端所接电容C1可以减小输出电压的纹波，R1、R2为取样电阻，输出电压为 （5.5.6）R1、R2的取值范围为50010k。 图5.5.8 CW4960/4962典型应用电路如图5.5.8所示，RT、CT用以决定开关电源的工作频率flRTCT，一般 RT=

17、127k，CT= l3.3nF，工作频率为106kHz，RP、CP为频率补偿电路，用以防止产生寄生振荡，V为续流二极管，采用4A50V的肖特基或快恢复二极管，C3为软启动电容，一般C3=14.7F。 介绍4. 集成开关稳压器的应用一例TDA4605是飞利浦公司开发的一种驱动场效应管的开关稳压控制集成电路。集成电路内含启动脉冲发生器、参考电压发生器、误差放大器、恒流源与电流控制输出器，以及各种电压检测器，过流、过压、欠压等保护电路。TDA4605经常应用在家电中的一种稳压开关稳压器。图5.5.9是用在某一彩色电视机中的开关电源。首先介绍一下芯片的功能，然后简单简单说明电路具有的功能。该芯片共有8

18、只引脚，各引脚功能如下。 P1脚是取样电压反馈输入端，通过对输出电压取样，控制开关管导通时间，使输出电压保持稳定，实现自动稳压。 P2脚是定时端，外接RC积分电路，当对电容C充电使其电压达到3V时，则内部电路翻转，电容C通过内部闭合的等效开关很快放电至1V，并在1V上维持一定时间。对电容C何时再启动充电由P8脚决定，当P8脚上的信号极性由正向负跳变时，P2脚内部电路翻转，等效开关断开，开始对电容C充电。 P3脚是过小输入保护端，一般连接到整流滤波输出端。当电路处于处于保护状态时，P5脚无驱动信号输出，开关管截止，P3脚电压约为1V；若P3脚电压超过1.7V，P2脚产生一额外电流对外接的电容C充

19、电，P3脚电压越高，P2脚输出的电流也越大，这样使电容C充电至3V的时间缩短，相应的开关管导通时间也缩短，起到稳定输出电压的作用，使因输入电压变化而引起输出电压变化的趋势得到抑制。 P4脚为地端。 P5脚为开关管驱动脉冲输出端，在P2脚电容C充电期间，输出驱动脉冲，使开关管导通。这种驱动适合于场效应管。 P6脚是电源端，它内部设有监视电路，只有P6脚电压达到12V时，该集成电路才启动工作。启动后，P6脚需6.9V以上的电压维持工作，当电压降至6.9V以下时，集成电路停止工作。 P7脚是软启动端，外接启动电容，在内部3V基准电压对电容充电期间，控制开关管的导通时间。 P8脚是过零检测控制信号输入

20、端。图5.5.9所示的电源电路功能描述如下： 市电220V交流电经L801、L802两级滤波后滤除电网中的干扰信号，然后送到BD801全波整流，经C808、C809滤波后得到300V左右的直流电压，作为开关电源的工作电压。L801和L802及输入电路中的电容，同时还有防止开关电源的脉冲信号串入电网而污染电源的作用。 图5.5.9 集成开关稳压电源应用实例之一 开关电源的振荡：开关电源的振荡芯片采用TDA4605-2，该电路能完成开关电源的振荡、稳压及各种保护。 220V交流电压经BD801整流、R804限流、C810滤波后，得到10V左右的电压，加到IC801的（6）脚，作为开关电源的起动电压

21、。IC801开始振荡，从（5）脚输出振荡脉冲，经R813加到开关管Q801的栅极，开关变压器各绕组开始输出电压，完成起动过程。IC801（5）脚输出的振荡脉冲频率，与负载的轻重有关。 开关电源的稳压：TDA4605-2的（1）脚为误差放大取样电流输入端。开关变压器的（5）脚绕组输出的电压，其中一路经D802整流、C815滤波，再经R824+R812与R810分压后送到IC801的（1）脚，同时光耦IC803内部的三极管的C、E极是并联在R824上的，因而IC803内部的三极管的导通程度影响了（1）脚输入电流的大小，而光耦内部的发光二极管是经RR825、VR801、R826、R827，在主电源输出电压120V上取样的，这样就构成了一个稳压控制回路，调节VR801，可使输出电压控制在120V上。 保护电路有： 市电过压保护：IC801的（2）脚经R807+R808与300V直接相连，若电网电压太高，则300V也必然升高，一旦IC801的（2）脚电压大于3V，则内部保护电路动作，（5）脚无激励脉冲输出，开关电源停振。 市电欠压保护：若电网电压太低，则C808、C809正极的电压也低，经R840+R805与R806分压后的电压也低，一旦IC801的（3）脚电压低于1.7V，则内部欠压保护电路动作，（5）脚无激