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開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

文檔作者：施濤文檔來(lái)源：蘇州迅達(dá)電梯有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月11日
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向美 同整拳／，哥；《＼電 ，
開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用
蘇州迅達(dá)電梯有限公司 施濤．P3- 了 “
在各種穩(wěn)壓電源中，開(kāi)關(guān)電源具有效率高、
體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而近十年來(lái)獲得了飛
速的發(fā)展 開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓過(guò)程是：當(dāng)電網(wǎng)電壓
變動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓u。上升 噼4
u。十一取樣電壓十一誤差電壓(取樣電壓與基
準(zhǔn)電壓之差)十一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器輸出脈沖占空比
v一開(kāi)關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間t 一u．-i 反之，
如果u 下降，則過(guò)程與上相反，使開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器
輸出脈沖占空比a增大，u 上升至正常值 因
此，開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓過(guò)程就是變化占空系數(shù)來(lái)
改變開(kāi)關(guān)調(diào)整管導(dǎo)通和截止時(shí)間的過(guò)程。穩(wěn)壓
范圍決定于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器輸出昧沖占空系數(shù)的可
變范圍。
開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器有單片、線性集成電壓調(diào)
整器和開(kāi)關(guān)電源集成控制器等幾種。下面根據(jù)
自己多年的實(shí)踐介紹各種開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器在開(kāi)
關(guān)電源中的具體應(yīng)用
一
、脈寬調(diào)制型單片開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器
圖1為意大利sGS公司生產(chǎn)的L296的內(nèi)
部結(jié)構(gòu)框圖。L296為單片降壓開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整
器，其輸出電壓范圍為5．】～40V，輸出電流為
4A 它的調(diào)整回路由誤差放大器、5．1V 基準(zhǔn)
源、鋸齒渡發(fā)生器、PwM 電壓比較器和輸出級(jí)
等所組成。該調(diào)整器除了具有恒頓脈寬調(diào)制控
制的功能外．還具有限流、飛弧過(guò)壓、熱保護(hù)、軟
起動(dòng)和遙控等功能 PWM 電壓比較器將鋸齒
波電壓和誤差放大器的輸出電壓進(jìn)行比較產(chǎn)生
恒頻的可變脈寬(占空比0～ 1 00 )以控制輸
出級(jí)。片內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)5．1V 基準(zhǔn)電壓，它不僅用
作誤差放大器基準(zhǔn)電壓，而且為實(shí)現(xiàn)其它功能
提供電源，?9’腳可外接串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)調(diào)整
回路的頻率補(bǔ)償，即可調(diào)整其增益和頻率穩(wěn)定
度 鋸齒波發(fā)生器頻率由“11”腳外接并聯(lián)RC
網(wǎng)絡(luò)確定，其范圍為4kHz～200kHz，鋸齒波輸
出電壓為0 5～ 3．5V。I_296的軟啟動(dòng)是通過(guò)
“5”腳外接電容Css來(lái)實(shí)現(xiàn)的。剛接通電源時(shí)，它
《電氣開(kāi)關(guān) (1994 No6)
償誤差放太器輸出近似為零 ，然后隨著Css恒流
充電而線性土升至正常值 采用限流比較器實(shí)
． 現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)某一預(yù)置值時(shí)，該
琵較器動(dòng)作，通過(guò)禁止觸發(fā)器使輸出級(jí)截止．同
時(shí)軟宿動(dòng)電容，e 敷龜。當(dāng)c 電壓降臣0．4V
時(shí)，禁止復(fù)位出較器動(dòng) ，遵過(guò)禁止觸發(fā)器使輸
’出級(jí)重新工作，且輔出電壓柱軟啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制
下逐漸升高 如過(guò)載未排豫．限流比較器將再次
動(dòng)作 4”腳外接電阻可改變限流比較器的閩值
電流。飛弧電路檢測(cè)輸出過(guò)電壓，并能提供
1OOmA電流觸發(fā)外接晶閘管SCR。當(dāng)輸出電壓
超過(guò)正常值的20 時(shí)，SCR 被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出
電壓被箝制在SCR的導(dǎo)通電壓。為實(shí)現(xiàn)遙控
該器件設(shè)置禁止輸入端(?6’腳)。當(dāng)禁止端輸入
高電平時(shí)壩0可切斷電源對(duì)負(fù)載的供電。禁止輸
人過(guò)后，L296重新在軟啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制下恢復(fù)正
常工作 -
L296內(nèi)部設(shè)置熱保護(hù)電路 當(dāng)片內(nèi)晶體管
結(jié)溫達(dá)到1 50c時(shí) 熱保護(hù)電路動(dòng)作切斷電源
對(duì)負(fù)載的供電。當(dāng)結(jié)溫下降到某一值時(shí)，I 296
又重新啟動(dòng) “Reset 電路的輸入(“12”腳)預(yù)置
值約5V，當(dāng)器件的輸出電壓在正確的限定范圍
內(nèi)時(shí)．才能產(chǎn)生重置信號(hào)。重置輸出端是開(kāi)路集
哩極．使用時(shí)應(yīng)外接電阻。當(dāng)。Resel”輸入電壓
超過(guò)預(yù)讎值時(shí)．經(jīng)“1^”腳外接電容設(shè) 的延遲
時(shí)間、輸出高電平：當(dāng)輸入低于預(yù)咒值時(shí)．
“Resel”使重 輸出為低電平。設(shè)置“Resel”電
路的目的是便于徽處理機(jī)監(jiān)視開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行
情況．即其輸出(“1 4”腳)接至微處理機(jī)
圖2是L296的典型應(yīng)用線路 未穩(wěn)定的9
～ 46V 直流電壓加至“3”腳，輸出電壓經(jīng)分壓電
阻R．、R 接至“10 腳，改變?nèi)臃謮罕瓤墒馆?
出電壓在大于5．1V至40V范圍內(nèi)變化 工作
頻率f由并聯(lián)的R。c：回路決定，按圖中所標(biāo)數(shù)
值為11 5kHz 電感L 和電容c 、c 組成濾波
電路，該電源具有很高的效率(約90 )
1 9
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圈1
2
二、脈頻調(diào)制型單片開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器
圖3是美國(guó)Texa$公司的TL497內(nèi)部結(jié)
構(gòu)框圖 TL497輸出電壓范圍為1．2～35V，輸
出電流為?50mA 它的調(diào)整回路由比較放大
器、1．2V 基準(zhǔn)源、恒寬脈頻發(fā)生器和輸出級(jí)晶
體管等組成 比較放大器將取樣電壓與基準(zhǔn)電
壓進(jìn)行比較放大后．陵恒寬脈頻發(fā)生器產(chǎn)生恒
寬的可變脈頻以控制輸出級(jí)(占空比為0～
100 )。即如果輸出電壓u 高，比較放大器輸
出相應(yīng)電壓使恒寬脈頻發(fā)生器輸出為零，此時(shí)
輸出級(jí)截止，從而使U 保持恒定；如果輸出u n
20
低，則恒寬脈頻發(fā)生器輸
出恒寬脈沖，此時(shí)輸出級(jí)
導(dǎo)通，從而保持輸出電壓
u。不變 恒寬脈頹發(fā)生器
的頻率由?3 腳外接電容
c 確定，若c 為5
1000pF時(shí)，其相應(yīng)頻率為
385～10kHz。為實(shí)現(xiàn)遙控
而設(shè)置禁止輸入端(“2”
腳)只要禁止端輸入某一
信號(hào)時(shí)，使恒寬脈頻發(fā)生
器輸出始終為零，從而切
斷輸出電壓u。 若不用禁
止端．一般把它接地。當(dāng)輸
出電流過(guò)載時(shí)，由 13”腳
檢測(cè)，并切斷恒寬脈頻發(fā)
生器電源，使輸出級(jí)截止
故障排除后，恢復(fù)恒寬脈
頻發(fā)生器供電，而后由比
較放大器輸出相應(yīng)電壓，
控制恒寬脈頻發(fā)生器的工
作狀態(tài) 圖4是由TL497
構(gòu)成的升壓式開(kāi)關(guān)電源。
它是從5V 輸入電壓升高
至12V輸出電壓 恒寬脈
頻發(fā)生器產(chǎn)生40．us恒寬
脈沖。電阻R 提供過(guò)流的
限定值。應(yīng)該注意的是．該
調(diào)整器不能在無(wú)負(fù)載情況下工作。因?yàn)闊o(wú)負(fù)載
時(shí)，輸出電壓將越升越高．使調(diào)整管擊穿。
除上述應(yīng)用外．TL497還可構(gòu)成降壓式開(kāi)
關(guān)電源 如果外接功率晶體管，可構(gòu)成擴(kuò)流的開(kāi)
關(guān)電源。
三、開(kāi)關(guān)電源集成控制器
CW3524脈寬調(diào)制型開(kāi)關(guān)電源集成控制器
是目前國(guó)際上最為流行的開(kāi)關(guān)電源控制模塊．
圖5是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 該模塊不僅提供了
整個(gè)無(wú)電源變壓器開(kāi)關(guān)電源的全部控制功能，
而且增加丁取樣比較放大器、限流保護(hù)以及內(nèi)
《電氣開(kāi)關(guān)》(1994 No6)
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匿．{
5
部電路的過(guò)流、短路保護(hù)。
內(nèi)部基準(zhǔn)源向單片內(nèi)部的斜渡發(fā)生器、比
較放大器、脈寬調(diào)制器、T型觸發(fā)器等以及通過(guò)
管腳16向外均提供+5V 工作電壓和基準(zhǔn)電
壓，使斜波發(fā)生器產(chǎn)生幅度在1．2～3．6V的連
續(xù)不對(duì)稱(chēng)三角波，由內(nèi)部直接輸入到脈寬調(diào)制
《電氣開(kāi)關(guān)》(1 994 Nd6)
器的同相端 與此同時(shí)，斜波發(fā)生器又向下一級(jí)
T型觸發(fā)器和或非門(mén)提供一同步方波脈沖(它
亦是死區(qū)時(shí)間控制脈沖) 它們的頻率由“6”、
“7，，腳外接電阻和電容決定．一般可以大于
100kHz 因此，由它構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源的工作頻
率可做到l大于100kHz。 、
取樣電壓與基準(zhǔn)電壓分別接到“] 、“2”腳，
經(jīng)比較放大后輸出控制電壓u 至脈寬調(diào)制器
反相端，經(jīng)與斜波基準(zhǔn)電壓比較后，輸出一個(gè)寬
度受u 調(diào)制的方波脈沖，同時(shí)送往兩個(gè)或非
門(mén)的輸入端。來(lái)自斜波發(fā)生器的同步方波脈沖
經(jīng)由T型觸發(fā)器構(gòu)成的分相電硌輸出相位差
為180。的i譯個(gè)方渡脈沖至兩個(gè)或非門(mén)，由于
這兩個(gè)脈沖之間總存在一十高電平，其寬度在
0．5～5 s之|ij】可調(diào)的死區(qū)時(shí)間控制脈沖，從而
保證兩或非門(mén)的輸出脈沖不會(huì)重疊并能正常交
替，因而也保證了兩個(gè)輸出管不會(huì)產(chǎn)生“共向?qū)?
通 的情況 或啡門(mén)輸出脈沖的占空比為0～
45 。
當(dāng)開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，通過(guò)?5’、“4”腳取
佯一，使CL：比較器輸出為零，PWM 輸出恒為高
電平使兩輸出管截止．切斷電源輸出。當(dāng)電源本
身出現(xiàn)異?；蚰撤N需要時(shí)，只要在“l(fā)O”腳輸入
大于0，7V 電壓使晶體管Vc飽和導(dǎo)通，達(dá)到切
斷開(kāi)關(guān)電源輸出的目的。
由‘CW3524模塊構(gòu)成的脈寬調(diào)制型半橋
式開(kāi)關(guān)電源如圖6所示。該開(kāi)關(guān)電源由大電容
(’：、Cz和功率晶體管VT 、VT 組成半橋式功
變換電路。變換器輸入的直流電壓u，是由
22,~v交流經(jīng)二極管VD ～VD 壘渡整流經(jīng)電
感 濾波后得到。輸入端電感L 和電容c ～
L 是防倒灌濾波器 防止變換器的高頻對(duì)交流
電網(wǎng)的干擾。
在半橋功率電路中，推挽工作的功率晶體
管串聯(lián)在電源上，用兩個(gè)大電容C 、C 串聯(lián)獲
得u．／2電壓，用晶體管連接點(diǎn)和電容連接點(diǎn)作
為輸出端。二極管VD 、VD 是感性負(fù)載時(shí)使
能量返回電源的續(xù)流二極管。兩個(gè)功率晶體管
以相似于推挽的方式驅(qū)動(dòng)，當(dāng)vT 導(dǎo)通時(shí)，
VT 截止，此時(shí)變壓器T 次級(jí)輸出正電壓
21
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u+一n《U1一 )al-i1 5 -( 為變比 這時(shí)c 啵
電，e 充電 當(dāng)’v?。?導(dǎo)通時(shí)，vT 截止，C．充
。： i T!。
電．c?放電．T 次級(jí)輸出 負(fù)電壓U一一n 。交
替驅(qū)動(dòng)vT 和 vT!，則T 次級(jí)輸出交流方渡
電壓，經(jīng)VD 和VI)s整流．． 和 ，濾波 度為
直流輸出電壓．u。 萁大小 輸入直流電壓和占
空．比D=t ／T決定 圖中c；、R 、VDs和C 、
R 、VD 組成vT．和Vrr2的來(lái)峰吸收網(wǎng)絡(luò)，R
和R 是c 和C：的放電電叭、C ～c_ 是清除
開(kāi)關(guān)尖峰干擾的濾波電容 ‘
變換器功率晶體管、 T。和V 由
CW3524進(jìn)行脈 寬調(diào)制控制 圖申基準(zhǔn)電壓
U (5V)由“1 6”腳引出、經(jīng)R ．R 分壓得到u
=2．5V，加于“ 腳誤差放表器的同相端、從輸
出電壓U．．經(jīng)R 和R 。分壓取樣(電壓反饋量)
送“l(fā)”腳，U =R．。U， (R ：+Rw2)，加于誤差放
大器的愛(ài)相端，作為電壓負(fù)反饋信號(hào)控制輸出
電壓穩(wěn)定 U 一U ，當(dāng)Rw：=43、3kfl時(shí)，U n一
24V。CW3524的“6”、“7”腳外接R 和C 構(gòu)成
振蕩器，振蕩頻率f=1／(R C J )一1／(1o×lo。
一22
．
?1_【：!、‘ 』=Skitz。脈沖調(diào)制比較器同相端
信號(hào)取自C 為鋸齒波電壓．它的反相端信號(hào)
來(lái)自誤差放大器輸出端 若電源輸出電壓U¨-
24V．VT 和VT 導(dǎo)通時(shí)間為T(mén) ，則當(dāng)電源
輸^電壓降低或因負(fù)載增加而引起輸出直流電
壓小于24V 時(shí)．由于電壓負(fù)反饋信號(hào)減珥，誤
差放大器輸出增大．與脈寬調(diào)制比較器鋸齒波
截切時(shí)間加大，從而使VT 和VT 導(dǎo)通時(shí)間
增大 使u 提高到原來(lái)值 當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大
時(shí)，由電流互感器T 取樣．經(jīng)VD 、VD 整流、
C 濾波和R 、R 分壓后引入CW3524的“10”
腳，當(dāng)電流超過(guò)給定的保護(hù)值(由R 調(diào)節(jié))時(shí)，
電流反饋使PWM 比較器反相端接地，VT．和
VT 截止．切斷電源輸出，從而保護(hù)了功率變
換電路 cW 3524的輸出經(jīng)晶體管V11 、VT 放
大，由脈沖變壓器T 、T 輸出至VT．干l：l VT
的基極。R 、C 和 、C 是基極驅(qū)動(dòng)加速電路。
在一般應(yīng)用中，為使電源穩(wěn)定運(yùn)行，通常在
CW3524的?9’腳對(duì)地外接一個(gè)RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，
以改善開(kāi)關(guān)電源的頻率特性。
《電氣開(kāi)關(guān)} (1 994 No6)

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