高頻開(kāi)關(guān)電源電路原理分析

開(kāi)關(guān)電源微介紹

開(kāi)關(guān)電源具有體積小、效率高的一系列優(yōu)點(diǎn)。已廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。然而，由于控制電路復(fù)雜，輸出紋波電壓高，開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用也受到限制。它

電源小型化的關(guān)鍵是電源的小型化，因此必須盡可能地減少電源電路的損耗。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)損耗不可避免地存在，損耗隨著開(kāi)關(guān)頻率的增加而增大。另一方面，開(kāi)關(guān)電源中的變壓器和電抗器等磁性元件和電容元件的損耗隨著頻率的增加而增加。它

在目前市場(chǎng)上，開(kāi)關(guān)電源中的功率晶體管大多是雙極型晶體管，開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到幾十kHz，MOSFET開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到幾百kHz。必須使用高速開(kāi)關(guān)器件來(lái)提高開(kāi)關(guān)頻率。對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率高于MHz的電源，可以使用諧振電路，這被稱為諧振開(kāi)關(guān)模式。它可以大大提高開(kāi)關(guān)速度。原則上，開(kāi)關(guān)損耗為零，噪聲非常小。這是一種提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率的方法。采用諧振開(kāi)關(guān)模式的兆赫變換器。
開(kāi)關(guān)電源可以通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)模式很好的解決這一問(wèn)題。對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)電源而言，AC輸入電壓可以在進(jìn)入變壓器之前升壓（升壓前一般是50-60 KHz）。隨著輸入電壓的升高，變壓器以及電容等元器件的個(gè)頭就不用像線性電源那么的大。這種高頻開(kāi)關(guān)電源正是我們的個(gè)人PC以及像VCR錄像機(jī)這樣的設(shè) 備所需要的。需要說(shuō)明的是，我們經(jīng)常所說(shuō)的“開(kāi)關(guān)電源”其實(shí)是“高頻開(kāi)關(guān)電源”的縮寫(xiě)形式，和電源本身的關(guān)閉和開(kāi)啟式?jīng)]有任何關(guān)系的。

開(kāi)關(guān)電源分類(lèi)介紹

開(kāi)關(guān)電源具有多種電路結(jié)構(gòu)：（1）根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，存在自激和自激。它

2）根據(jù)DC／DC變換器的工作方式：（1）單端正激和反激、推挽式、半橋式、全橋式等；2）降壓式、升壓式和升壓式。它

（3）根據(jù)電路的組成，有諧振和非諧振。它

（4）根據(jù)控制方式分為：脈寬調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、PWM和PFM混合。（5）根據(jù)電源隔離和反饋控制信號(hào)耦合方式，存在隔離、非隔離和變壓器耦合、光電耦合等問(wèn)題。這些組合可以形成各種開(kāi)關(guān)模式電源。因此，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)各種模式的特點(diǎn)，有效地結(jié)合起來(lái)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，以滿足需要。

開(kāi)關(guān)電源原理解析

下圖3和4描述的是開(kāi)關(guān)電源的PWM反饋機(jī)制。圖3描述的是沒(méi)有PFC(Power Factor Correction，功率因素校正) 電路的廉價(jià)電源，圖4描述的是采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的中高端電源。

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通過(guò)圖3和圖4的對(duì)比我們可以看出兩者的不同之處：一個(gè)具備主動(dòng)式PFC電路而另一個(gè)不具備，前者沒(méi)有110/220 V轉(zhuǎn)換器，而且也沒(méi)有電壓倍壓電路。下文我們的重點(diǎn)將會(huì)是主動(dòng)式PFC電源的講解。

為了讓讀者能夠更好的理解電源的工作原理，以上我們提供的是非?；镜膱D解，圖中并未包含其他額外的電路，比如說(shuō)短路保護(hù)、待機(jī)電路以及PG信 號(hào)發(fā)生器等等。當(dāng)然了，如果您還想了解一下更加詳盡的圖解，請(qǐng)看圖5。如果看不懂也沒(méi)關(guān)系，因?yàn)檫@張圖本來(lái)就是為那些專(zhuān)業(yè)電源設(shè)計(jì)人員看的

你可能會(huì)問(wèn)，圖5設(shè)計(jì)圖中為什么沒(méi)有電壓整流電路？事實(shí)上，PWM電路已經(jīng)肩負(fù)起了電壓整流的工作。輸入電壓在經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管之前將會(huì)再次校正，而 且進(jìn)入變壓器的電壓已經(jīng)成為方形波。所以，變壓器輸出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此時(shí)波形已經(jīng)是方形波，所以電壓可以輕而易舉的被變壓器轉(zhuǎn)換為 DC直流電壓。也就是說(shuō)，當(dāng)電壓被變壓器重新校正之后，輸出電壓已經(jīng)變成了DC直流電壓。這就是為什么很多時(shí)候開(kāi)關(guān)電源經(jīng)常會(huì)被稱之為DC-DC轉(zhuǎn)換器。

饋送PWM控制電路的回路負(fù)責(zé)所有需要的調(diào)節(jié)功能。如果輸出電壓錯(cuò)誤時(shí)，PWM控制電路就會(huì)改變工作周期的控制信號(hào)以適應(yīng)變壓器，最終將輸出電壓校正過(guò)來(lái)。這種情況經(jīng)常會(huì)發(fā)生在PC功耗升高的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于下降，或者PC功耗下降的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于上升。

在看下一頁(yè)是，我們有必要了解一下以下信息：

★在變壓器之前的所有電路及模塊稱為“primary”（一次側(cè)），在變壓器之后的所有電路及模塊稱為“secondary”（二次側(cè)）；

★采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的電源不具備110 V/ 220 V轉(zhuǎn)換器，同時(shí)也沒(méi)有電壓倍壓器；

★對(duì)于沒(méi)有PFC電路的電源而言，如果110 V / 220 V被設(shè)定為110 V時(shí)，電流在進(jìn)入整流橋之前，電源本身將會(huì)利用電壓倍壓器將110 V提升至220 V左右；

★PC電源上的開(kāi)關(guān)管由一對(duì)功率MOSFET管構(gòu)成，當(dāng)然也有其他的組合方式，之后我們將會(huì)詳解；

★變壓器所需波形為方形波，所以通過(guò)變壓器后的電壓波形都是方形波，而非正弦波；

★PWM控制電流往往都是集成電路，通常是通過(guò)一個(gè)小的變壓器與一次側(cè)隔離，而有時(shí)候也可能是通過(guò)耦合芯片（一種很小的帶有LED和光電晶體管的IC芯片）和一次側(cè)隔離；

★PWM控制電路是根據(jù)電源的輸出負(fù)載情況來(lái)控制電源的開(kāi)關(guān)管的閉合的。如果輸出電壓過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，PWM控制電路將會(huì)改變電壓的波形以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管，從而達(dá)到?！镎敵鲭妷旱哪康?/p>