《电子技术基础与技能》 课件 4-2 开关稳压电源

电子技术基础与技能4.2开关稳压电源【实践导入】：三极管开关特性实验4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源图4-­2-1三极管开关特性演示实验原理图【实验步骤】4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源（1）按图4­2-1所示电路原理图将电路连接好，VCC接入+5V直流电源。（2）将开关拨动到下端，观察发光二极管的发光情况；（3）将开关拨动到上端，再次观察发光二极管的发光情况；（4）多次重复步骤（2）（3），同时观察发光二极管的发光情况。【实验现象】开关拨到下端时，LED不亮；当开关拨到上端时，LED点亮。【实验结论】开关拨到下端时，三极管截止；当开关拨到上端时，三极管饱和；三极管工作在截止与饱和状态时，对应于一个开关断开和接通，三极管的这种特性叫开关特性。一、时间比率控制4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源三极管交替工作与截止区与饱和区时相当于一个电子开关，可以用一个占空比为50%的矩形脉冲信号输入到三极管的输入端，如图4-2-2所示，此时三极管的开关状态受控于脉冲信号的高低电平，若对其输出进行分析，并改变脉冲的占空比，我们发现，在一定周期内，输出端信号的平均值随着开关接通的时间的变化而发生改变，即改变脉冲的占空比可以改变其平均值，这一方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl，TRC）。TRC的控制方式有三种：①脉冲宽度调制（PWM）；②脉冲频率调制（PFM）；③混合调制。时间比率控制4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源图4-­2-3

PWM示意图图4­-2-4

PFM示意图二、开关稳压电源4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源（1）开关稳压电源的基本组成及原理。开关稳压电源就是采用功率半导体元器件作为开关，通过控制开关的通断时间比来调整输出电压的稳压电源。在实际的应用中，脉宽调制式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。虽然开关稳压电源的类型较多，电路组成也较复杂，但它们的基本原理是一样的，一般都由图4-2-5所示的一些功能电路为主构成。图4­-2-5常见脉冲宽度调制（PFM）开关电源的基本结构框图二、开关稳压电源4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源（1）开关稳压电源的基本组成及原理。整流、滤波后的不稳定电压UI一般作为输入电压提供给开关电路。高频变换器对输入电压UI进行开关振荡，产生的开关脉冲电压送到后级整流及滤波器。整流及滤波器对前级送来的开关脉冲进行整流和滤波，产生稳定的直流输出电压。反馈控制电路对输出电压UO进行取样，得到的误差电压对高频变换器进行负反馈控制，以保证输出电压的稳定。图4­2-6脉冲宽度调制（PFM）开关电源的波形图二、开关稳压电源4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源

二、开关稳压电源4.2开关稳压电源教学活动1：脉宽调制型开关稳压电源（2）开关稳压电源的特点。①功耗小，效率高。②体积小，重量轻。③稳压范围宽，线性调整率高。④电路形式灵活多样。⑤开关稳压电源的主要缺点是存在较为严重的开关干扰。一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品集成脉宽调制器主要用于各种脉宽调制场合，在开关稳压电源中，也称为开关电源控制器，加上调整管以及其他辅助外围电路便可方便地构成开关稳压电源。1）UC3844UC3844是一种高性能的单端输出的电流控制型脉宽调制器芯片，由TI、ST等公司生产。与控制脉宽调制开关电源的总电压相比，开关电源组成的集成电路，具有外围电路简单等优点，同时电压调整率好，良好的频率响应特性，稳定幅度大等等。还具有过电流限制，过电压保护和欠压锁定等优点。UC3844是一款高性能固定频率的电流控制式集成脉宽调制器，专为离线和DC-DC变换器应用而设计，为设计开发人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案，其输出可直接驱动功率MOSFET器件。同时具有16V（开启电压）和10伏（关闭电压）低压锁定门限，十分适合于离线变换器。一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品图4­2-7（a）UC3844外形图图4­2-7（b）UC3844引脚排列示意图一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品管脚功能说明8-管脚14-管脚11补偿该管脚为误差放大输出，并可用于环路补偿。23电压反馈该管脚是误差放大器的反相输入，通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出。35电流取样一个正比于电感器电流的电压接到这个输入，脉宽调制器使用此信息中止输出开关的导通。47通过将电阻RT连至VREF并将电容CT连至地，使得振荡器频率和最大输出占空比可调、工作频率可达1.0MHz。5-地该管脚是控制电路和电源的公共地（仅对8管脚封装而言）610输出该输出直接驱动功率MOSFET的栅极，高达1.0A的峰值电流由此管脚拉和灌，输出开关频率为振荡器频率的一半。712VCC该管脚是控制集成电路的正电源。814VREF该管脚为参考输出，它经电阻RT向电容CT提供充电电流。-8电源地该管脚是一个接回到电源的分离电源地返回端（仅对14管脚封装而言），用于减少控制电路中开关瞬态噪声的影响。-11VC输出高态（VOH）由加到此管脚的电压设定（仅对14管脚封装而言），通过分离的电源连接，可以减小控制电路中开关瞬态噪声的影响。-9地该管脚是控制电路地返回端（仅对14管脚封装而言），并被接回电源地。-2,4,6,13NC无连接（仅对14管脚封装而言），这些管脚没有内部连接。UC3844的引脚功能一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品2）SG3525SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。它采用了DIP16封装，其引脚功能如图所示。一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品2）SG3525其内部的结构框图如图所示。它的内部包括误差放大器、锁存器、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品2）SG3525SG3525主要部分的功能如下：①振荡发生器振荡发生器由管脚3、4、5、6、7组成，4脚将会看到振荡输出波形。6脚和5脚对地外接一个电阻和电容，其阻值和容量决定了振荡器的振荡频率。如在管脚5和7之间跨接一个电阻，该电阻将决定脉冲调制器的死区时间（死区是防止推挽电路出现短路）。②误差放大器由管脚1、2、9构成，实际上是一个运算放大器，在使用时可按同相比例放大器来设计，误差放大倍率由外界电阻元件决定。误差放大器的输出电压范围在0.9到3V之间，与脉冲宽度成线性关系。③脉宽调制器（PWM）锯齿波和直流电平：振荡器输出的充放电波形和误差放大器输出的直流电平；一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品2）SG3525比较器输出波形：当锯齿波电压大于直流电平时输出高电平，否则为低电平，频率与振荡器的频率相同；T触发器的输出波形：实际是振荡器的二分频；输出A、B：四输入或非门逻辑输出，脉冲宽度与与误差放大器输出的直流电平成正比。④软启动与关断控制由8、10脚控制实现。实际电路中，当电流过大时，使SG3525瞬间停止震荡，降低有效电流，防止负载过流而损坏。⑤脉宽调制推挽输出SG3525与具有悬浮通道的功率管IR2110配合使用可以产生交变的脉冲电压信号。一、集成脉宽调制器4.2开关稳压电源教学活动2：集成脉宽调制器的典型产品2）SG3525SG3525具有如下特点：(1)工作电压