高频开关稳压电源的基本构成

　　 高频开关稳压电源的原理电路

　　现在，随着电子技术和应用的迅速发展，对电子仪器和设各提出了更高的要求，即要求性能更加安全可靠，功能不断增加，使用的自动化程度越来越高，体积日趋小型化。这使得采用具有众多优点的高频开关稳压电源就显得更加重要了，因此高频开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，并且发挥了巨大的作用，这又大大促进了高频开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，高频开关稳压电源的品种和类型也越来越多。如图给出了各种类型的高频开关稳压电源的原理图。目前的高频开关稳压电源的拓扑结构可分为以下几类。

   高频开关稳压电源的分类

　　各种类型的高频开关稳压电源的原理图

　　(1)按激励方式分类

　　①他激式高频开关稳压电源。电路中设有激励信号的振荡器，电路形式图(e)所示。

　　②自激式高频开关稳压电源。开关管兼作振荡器中的振荡管，电路形式如图(f)所示。

　　(2)按调制方式分类

　　①脉宽调制型高频开关稳压电源。开关电路的振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小。有时还通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。

　　②频率调制型高频开关稳压电源。开关电路的占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。

　　③混合调制型高频开关稳压电源。通过调节开关管导通时间和开关频率来达到调节和稳定输出电压的目的。

　　(3)按开关管电流的工作方式分类

　　①开关型高频开关稳压电源。用开关管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于他激式。

　　②谐振型高频开关稳压电源。开关管与LC谐振回路共同作用将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式。

　　(4)按开关管的类型分类

　　①晶体管型高频开关稳压电源。采用晶体管作为开关管，电路形式如图(d)所示。②晶闸管型高频开关稳压电源。采用晶问管作为开关管，这种电路的特点是可以从输入端直接输入交流电，不需要一次整流部分，其电路形式如图(c)所示。

　　(5)按储能电感与负载的连接方式分类

　　①串联型高频开关稳压电源。储能电感串联在输入与输出电压之间、电路形式如图(a)所示。

　　②并联型高频开关稳压电源。储能电感并联在输入与输出电压之间，电路形式如图(b)所示。

　　(6)按开关管的连接方式分类

　　①单端式高频开关稳压电源。开关电路中仅使用一个开关管，这种电路的特点是价格低，电路结构简单，但输出功率不高，其电路形式如图(a)、(b)、(d)所示。

　　②推挽式高频开关稳压电源。使用两个晶体管作为开关管，将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特`茕是开关变压器必须具有中心抽头，电路形式如图(j)所示。

　　③半桥式高频开关稳压电源。使用两个晶体管作为开关管，将其连接成半桥形式。它的特点是适用于输入电压较高的场合。电路形式如图(i)所示。

　　④全桥式高频开关稳压电源。使用四个开关管，将其连接成全桥形式。它的特点是输出的功率比较大，其电路形式如图(k)所示。

　　(7)按输入与输出的电压大小分类

　　①升压式高频开关稳压电源。输出电压比输入电压高，实际就是并联型高频开关稳压电源。

　　②降压式高频开关稳压电源。输出电压比输入电压低，实际就是串联型高频开关稳压

　　电源。

　　(8)按工作方式分类

　　①可控整流型高频开关稳压电源。所谓可控整流型高频开关稳压电源，是指采用晶间管整流元件作为调整开关管的电源，它可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电(这种供电方式在高频开关稳压电源刚兴起的初期常常采用，目前基本上不太采用。)。可控整流型高频开关稳压电源，依靠调节导通角的大小，可达到调整输出电压和稳定电压的目的。其电路如图(h)所示。

　　②斩波型高频开关稳压电源。斩波型高频开关稳压电源采用直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，然后经过滤波得到与输入电压不同的稳定直流电压。斩波型高频开关稳压电源的控制电路从输出电压取样，经过比较、放大、控制脉冲发生电路产生的脉冲信号，用以控制开关管的导通时间和截止时间的长短或开关管的工作频率，最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护电路也是依据这一部分提供的取样信号来进行工作的，斩波型电路形式如图(g)所示。

　　③隔离型高频开关稳压电源。这种形式的高频开关稳压电源是在输入回路与逆变电路之间加入了高频变压器(也可称为开关变压器)，它是利用磁场的变化来实现能量的传递的，并没有电流间的直接流通。隔离型高频开关稳压电源采用直流供电，经过开关电路，可将直流电变成频率很高的交流电，再经变压器隔离、变压(升压或降压)，然后经整流器整流，最后就可以得到新的极性和数值各不相同的多组直流输出电压。电路从输出端取样，经放大后反馈至开关控制端，并控制驱动电路的工作，最后达到稳定输出电压的目的。这种形式的高频开关稳压电源在实际稳压电源中的应用最为广泛。

　　(9)按电路结构分类

　　①散件式高频开关稳压电源。整个高频开关稳压电源电路都是由分立元器件组成的，它的电路结构较为复杂，可靠性较差。

　　②集成电路式高频开关稳压电源。整个高频开关稳压电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的，这种集成电路通常为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括开关管，有的则不包括开关管。这种电源的特点是电路结构简单，调试方便，可靠性高。彩色电视机中常采用这种高频开关稳压电源。

　　以上阐述的高频开关稳压电源都是站在不同的角度，以不同特点分类的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节手段、储能电感的连接方式、开关管器件种类，以及串、并联结构等各不相同，但是它们最后总可以归结为串联型高频开关稳压电源和并联型高频开关稳压电源这两大类。

　　高频开关稳压电源核心部分的DC/DC变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。

　　(1)高频开关稳压电源的优点

　　高频开关稳压电源的优点如下。

　　①功耗小，效率高。在如图所示的高频开关稳压电源电路中，开关管在激励信号的激励下，交替地工作在导通—截止和截止一导通的开关状态。开关管的转换速度很快，其频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，甚至可以做到几百或近1000kHz，这使得开关管的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%以上。

　　高频开关稳压电源的原理电路

　　②体积小，质量小。从高频开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到，电路中没有采用笨重的工频变压器。又由于开关管上的耗散功率大幅度降低后，省去了较大的散热片。基于这两方面的原因，使高频开关稳压电源达到了体积小，质量小的目的。

　　③稳压范围宽。高频开关稳压电源的输出电压是用激励信号来调节的，而输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以高频开关稳压电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变开关管占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，高频开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的高频开关稳压电源。

　　④滤波的效率大为提高，并且由于高频开关稳压电源开关频率的提高，也使滤波电容的容量和体积大为减小。高频开关稳压电源的工作频率目前基本上是50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。即使是采用半波整流后加电容滤波的方式，其效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下，采用高频开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容容量的1/500～1/1000。

　　⑤电路形式灵活多样。高频开关稳压电源的电路形式有自激式和他激式，调宽型和调频型，单端式和双端式等。在实际设计中可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的高频开关稳压电源。

　　(2)高频开关稳压电源的缺点

　　高频开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。在高频开关稳压电源中，功率调整开关管工作在开关状态，在其开关过程中产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，如果不采取一定的措施对这些干扰进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外，因高频开关稳压电源的振荡电路中没有用工频变压器隔离，则这些干扰就会窜入工频电网，使附近的其他电子仪器、设各和控制设备受到严重的干扰。

　　目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，另外高频开关稳压电源的造价还不能进一步降低，这也影响到其广泛应用和可靠性的进一步提高，所以在我国的电子仪器及机电一体化仪器中，高频开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及应用。特别是无工频变压器高频开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁性材料等器件，我国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，高频开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，如电路结构复杂，故障率高，维修麻烦等。因此，如果在设计和制造中不充分重视这些问题，就将直接影响到高频开关稳压电源的推广应用。总之，影响高频开关稳压电源推广应用的主要因素有：制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。