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信平变压器:开关电源是如何实现稳压输出的?

2018-03-06 08:30:05 德州信平电子有限公司 阅读

开关电源中,要想使输出的电压稳定,就得想办法调整开关电路的占空比大小来解决,即改变开关脉冲的占空比大小,也就是去调整开关电路中开关管的导通时间的长短比例,因为其它条件已确定,基本上不能再改变,而开关管导通时间的长短,决定了后面输出电压的高低。假如开关管的导通时间越长,即占空比加大了,开关变压器初级绕组中的电流线性上升的时间就越长,电流也就越大,变压器储存的磁能就越多,磁能转换成的电能就越多,次级感应的电压就越高,反之, 开关管导通的时间越短,即占空比减小了,开关变压器初级绕组中的电流线性上升的时间就越短,电流也就越小,变压器储能就会越少,磁能转换成的电能就越少,次级感应的电压就越低。

结合前几节,可得出:

(1) 如果因输入电压的降低而引起输出电压的降低时,或者因负载电流的加大而引起输出电压的降低时, 或者人为的调节想使输出电压升高时,就要采取自动加大占空比的办法,达到稳压或者适当调高电压的目的。

(2) 如果因输入电压的升高而引起输出电压的升高时, 或者因负载电流的减小而引起输出电压的升高时, 或者人为的调节想使输出电压降低时, 就要采取自动减小占空比的办法,达到稳压或者适当降低电压的目的.

那么,如何来控制开关管的工作状态呢?

我们知道,开关管的工作状态,即导通与截止的时间的长短,是受其基极电流的影响的,只要想办法去控制它的基极电流的大小,就能实现控制它的导通时间的长短,来控制开关脉冲的占空比。

怎样控制开关管的基极电流呢,一般是采用PC电源的输出电压Vo的变化,经过取样及控制电路反馈到主变换电路,去控制开关管的基极电流,来实现目的的。如果输出电压Vo升高了,设法使开关管的基极电流Ib减少,则开关管导通的时间变短,即占空比减小,输出电压降低,抑制了输出电压Vo的升高; 如果输出电压Vo降低了,设法使开关管的Ib增加,则开关管导通的时间加长,即占空比加大,输出电压升高,抑制输出电压Vo的降低。这样就达到自动稳压的目的。

对于控制开关管的基极电流大小的方法很多,以下PC电源为例介绍两种,大家举一反三去理解。

分流法

(一)分流法,分去开关管的基极电流的一部分,使其大小被改变,从而改变了开关管的导通时间的长短,即改变了占空比。 一般是采用光耦或者三极管,把开关管的基极电流分走一部分。

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如上图,是一个PC电源中的+5VSB的电路,该电路为单端反激式,电路中,通过光耦IC1反馈输出电压的变化量,控制Q4的基极电流,然后由Q4的导通程度的大小,对开关管Q3的基极电流Ib进行分流,从而控制了Q3的基极电流的大小,达到控制了Q3的导通时间的长短,改变其占空比,达到输出电压的自动稳定。

该电路从输出的+5V电压的K点处取样进行稳压。如果输出的+5V电压升高了,即K点的电压升高,经电阻R20和R21分压后,分压点处的电压比原设定值高些,使得分流稳压器IC2的A和K之间的导通程度比之前有所加深,光耦IC1中的发光二极管的亮度比之前增强,(该发光二极管的供电由+5V经R18限流后,再通过IC2的A和K到地的,R19为发光二极管的分流电阻),当发光二极管的亮度增强后,会使光敏三极管的导通程度比之前加深,其Ic电流加大,Q4得到的基极电流比原来的加大了,(其电流由D7整流后经光敏三极管送到Q4的基极), Q4由于基极电流加大而导通程度加深,将开关管Q3的基极电位下拉,也就是说分了流,Q3由于基极电流被分去一部分,Q3 的导通时间比之前变短,T1中储能就会比以前变少,当Q3截止时,T1的次级绕组感应的电压就会比之前的电压低了,经整流滤波后的电压也就低了,从而抑制了输出的+5V电压的升高,达到输出的稳定。

如果输出的+5VSB电压降低了,则与上面的过程相反,K点的电压也会降低,经电阻R20和R21分压后,分压点处的电压比原设定值低了,使得分流稳压器IC2的 A和K之间的导通程度比之前变弱, 光耦IC1中的发光二极管的亮度就减弱,会使光敏三极管的导通程度也减弱 ,其Ic 电流减小,Q4得到的基极电流比原来的减小,Q4由于基极电流减小而导通程度减弱,使得开关管Q3的基极电流因分流小了而比原来的电流有所增大,Q3 的导通时间变长,T1中储能就会比以前增多,当Q3截止时,T1的次级绕组感应的电压就会变高,经整流滤波后的电压也就变高了,从而抑制了输出的+5V电压的降低, 达到输出的稳定。

限流法

(二) 限流法,限制去开关管的基极电流的大小,从而改变开关管的导通时间的长短。一般是采用间接的方法,改变PWM芯片的输出脉冲的占空比,经驱动变压器后,输出脉冲的占空比也随着改变,送给开关管基极的驱动电流的大小也随着改变,开关脉冲的占空比也就改变了,常用于半桥式PC电源中。

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如上图,是一个PC电源的主输出取样检测电路, IC4为PWM芯片,这里以KA7500B为例,其第8脚与第11脚输出一对大小相等,相位相反的脉冲方波,通过驱动放大后,激励半桥式主开关变换电路,稳压过程是这样的:

假如主路输出的+3.3V,+5V,+12V电压中任一组电压升高,经电阻R60,R57,R59与电阻R61,可调电位器VR1分压后,A点的电压比原来设定的电压高,在IC4内部与参考电压2脚比较后, (第2脚的参考电压由芯片14脚输出的+5VR基准电压,通过电阻R46和R47分压而取得), 8脚与11脚输出的脉冲方波的占空比减小,经驱动放大电路后,驱动变压器输出的脉冲波的占空比也减小,送给开关管基极的驱动电流比原来的减小了,两开关管轮流导通的时间随之减小,经开关变压器转换后的输出电压比原来的降低了,这样就抑制了主路输出的升高,达到稳压的目的。

假如主路输出的+3.3V,+5V,+12V电压中任一组电压降低,稳压过程与上述过程相反。经分压取样后,A点的电压比原来设定的电压低,在IC4内部与参考电压2脚比较后,8脚与11脚输出的脉冲方波的占空比增大,经驱动放大电路后,驱动变压器输出的脉冲波的占空比也增大,送给开关管基极的驱动电流比原来的加大了,两开关管轮流导通的时间随之加长,经开关变压器转换后的输出电压比原来的升高了,这样就抑制了主路输出电压的降低,达到稳压的目的。


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