开关稳压电源的原理

1.电路组成

开关稳压电源的核心器件是受控的电子开关。电子开关在直流稳压电源中作为调整元件，通过改变调整元件的导通与截止时间的占空比来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。开关稳压电源电路由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成，具体电路如图9.5.1所示。

2.工作原理

三角波发生器通过比较器产生一个方波uB来控制调整管的通断。当调整管导通时，给电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管D即可起到这个作用，这样有利于保护调整管。

为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的联系。设输出电压增加，FUO增加，比较放大器的输出Uf减小，比较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降，起到了稳压作用。

图9.5.1　开关稳压电源原理图

由图9.5.2可知，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管的截止时间为toff。输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对于方波而言，相当于方波存在的部分。输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对于方波而言，相当于方波不存在的部分。

图9.5.2　开关稳压电源的工作波形图

由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，但iL趋于平滑，因此输出电压uO是带纹波的直流电压。

忽略电感的直流电阻，输出电压uO则为uE的平均分量，即

当输入电压一定时，输出电压与占空比成正比（方波处于高电平的时间占整个周期的百分比称为占空比）。可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值，这种控制方式称为脉冲宽度调制（PWM）

本章小结

1.直流稳压电源由整流变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流变压器将工频交流电压变换为符合整流需要的电压；整流电路将交流电压变换为单向的脉动电压；滤波电路可减小脉动使直流电压平滑；稳压电路的作用是在电网电压波动或负载电流变化时让输出电压稳定。

2.整流元件采用晶体二极管、电子二极管或晶闸管，因为它们都具有单向导电的特性。整流电路分为半波整流和全波整流两种，最常用的是单相桥式全波整流电路。在分析整流电路时，应分别判断在变压器副边电压正、负半周两种情况下二极管的工作状态，从而得到负载两端电压、二极管两端电压及其电流波形，并由此得到输出电压和负载电流的平均值，以及流经每个二极管的最大整流平均电流和所能承受的最高反向电压。这些参数是选择整流元件的主要参数。

3.滤波电路通常有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路三种，本章重点介绍了电容滤波电路。要注意电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路各自不同的使用场合。负载电流较小时采用电容滤波；负载电流较大时采用电感滤波；对滤波效果要求较高时，应采用复式滤波。

4.稳压电路中最简便的是硅稳压管稳压电路，它结构简单，但输出电压不可调，仅适用于负载电流较小且其变化范围也较小的情况，所以后面引入了串联型线性稳压电路。在串联型线性稳压电路中，调整管、基准电压电路、输出电压取样电路和比较放大电路是其基本组成部分，电路中引入了深度电压负反馈，从而使输出电压稳定。

5.三端集成稳压器，使电路中元器件数目大大减少，所以集成稳压器的发展很快。三端集成稳压器仅有输入端、输出端和公共端个引出端，使用方便，稳压性较好。但由于调整管始终工作在线性工作区，即放大区，造成功耗较大，因而电路的效率低。

6.开关稳压电路中的调整管工作在开关状态，因而功耗小、电路效率高。但开关电路输出的纹波电压较大，仅适用于输出电压调节范围小、负载对输出电压要求不高的场合。