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第2章 自激式开关电源  　2.1 自激式开关电源的结构和保护电路2.1.1 自激式降压电源的结构和工作原理　　1．基本结构　　降压型开关电源是最基本的开关电源，图2-1是自激式降压开关电源的结构图。  图2-1 自激式降压型电源结构图  输入的直流电压经过开关管通/断控制变成周期性矩形波。设开关周期为T，开关管导通时间为ton，开关管截止时间为toff。 　　2．自激式降压型电源工作原理　　图2-2所示为自激式不隔离降压型开关电源的基本电路。 图2-2 不隔离 电源原 理图 VT1为开关管；T为储能电感； VD1为续流二极管； C2、C3分别为输入和输出电压滤波电容； VT2为脉宽调制器； VT3为误差检出放大器； VZD2、R4构成基准电压； R5、R6为输出电压取样分压器。 VT1和T组成最基本的间歇振荡电路，VT1无需外驱动脉冲。 T有两种功能：一是由初级绕组①-②构成储能电感；二是初级绕组①-②和次级绕组③-④构成脉冲变压器，使得VT1可以依靠脉冲变压器的正反馈作用产生振荡。 2.1.2 降压型电源保护电路　　降压型开关电源的输出过压保护至关重要，因为输出电压超压，不仅开关电源本身受损，负载电路也同时会损坏。新的过压保护器件的内部电路由一只小型压敏二极管VDVS和一只晶闸管VS组成，见图2-3。小电流的VDVS和晶闸管VS封装在同一芯片上，VDVS击穿后触发大电流晶闸管VS，使短路效果更可靠。该器件有A、K、G三只脚，外表与晶闸管相同，用于保护电路时，在G极和K极之间外电路加入R、C，防止干扰脉冲造成晶闸管误触发。 图2-3 晶闸管过压保护原理 　　自激式降压型开关电源的过流保护相当重要，因为自激式负载短路保护功能不可能代替负载过流保护。实用中一旦开关电源负载过流引起开关管击穿，将造成严重超压，使开关电源和负载电路同时损坏。　　最简单的过流保护可通过在电路中加入负载电流I0取样电路实现，原理见图2-4。 图2-4 自激式电源过流保护原理 在开关电源稳压输出端，设置负载电流取样电阻R0，通过R0将负载电流I0变成过流电压U0?=?I0·R0。VT2作为过流控制管，当I0R0??0.7?V时，VT2导通，稳压管输出电压U2经VT2集电极输出，触发晶闸管导通，将开关电源负载短路，实现停振保护。该电路具有自锁功能，一旦负载电流增大的持续时间超过C的充电时间，电路触发后，即使负载电流恢复正常也不能解除保护状态，必须关断电源排除过流因素，晶闸管才能复位。电路中R0阻值的选择由负载电流保护阈值而定，一般R0取值极小，在开关电源正常负载电流时其压降小于0.3?V。R1和C1构成保护启动延时电路，防止开机瞬间负载电流冲击造成电路误动作。 　　利用晶闸管的短路保护可以实现更精确的过压保护。用分压电阻将U2分压，将分压点经过稳压二极管接入晶闸管控制极。如果U2升高，分压点电压使稳压管反向击穿，则触发晶闸管导通。由于稳压管有比较准确的稳定电压值，特性曲线比较陡，反向电流较小，因此这种过压保护精度可以达到输出电压2%以内，优于上述简单的过压保护电路。 　　　　　　2.2 自激电源的优化2.2.1 增大降压比控制　　在图2-2所示电路中，当开关管导通时，加在储能电感两端的为全部输入电压。为了使储能电感在能量释放时有较低的电压输出，只有通过压缩脉冲宽度，减小能量存储。但在脉冲幅度不变时，单纯靠减小脉冲宽度有一定限度，即受到开关管可控导通时间的限制和输出纹波增大的限制。因此，当脉宽减小到一定限度时，开关管的振荡处于占空比极小的状态，输出直流电靠滤波电容的放电予以保持，导致电源内阻增大，难以输出较大的电流。 　　解决上述问题的方法是将原储能电感部分改为脉冲变压器，即对原脉冲变压器进行改型。开关管导通期间通过脉冲变压器初级储存能量，开关管截止时脉冲变压器通过次级向负载释放能量。如果此脉冲变压器初、次级绕组的匝数比增大，次级释放能量形成的感应电压则必然较低。假设脉冲变压器能量存储与释放是相等的，其次级电路将感应出低脉冲幅度、大电流的感应电压向负载及滤波电容放电。除此之外，脉冲变压器代替储能电感后，电路的降压功能不只依靠压缩脉宽，还可以通过改变脉冲变压器初、次级变比的方式得到设定的降压输出。 　　依此原理设计的自激式降压型开关电源电路如图2-5所示。脉冲变压器T增设了副绕组④-⑤，在电路的振荡过程中，其元器件的作用与图2-2所示的相同。区别是储能电感和开关管的位置被互换，但对储能电路来说作用相同，对电路功能无任何影响。 图2-5 降压比增大