集成开关电源

12.6 开 关 稳 压 电 路线 性 稳 压 电 路 开 关 稳 压 电 路输 出 噪 声 小 大响 应 速 度 快 慢效 率 较 低 较 高 变 压 器 工 频 （ 50Hz） 变 压 器 ，体 积 较 大 高 频 脉 冲 变 压 器 ， 体 积 很 小射 频 干 扰 不 产 生 较 强 12.6 开 关 稳 压 电 路12.6.2并 联 开 关 稳 压 电 路12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路12.6.3 开 关 集 成 稳 压 器 输 入 直 流 电 压 VI通 常 是 整 流 滤 波 电 路 的 输 出 电 压 ； 调 整 管 T（ 可 以 是场 效 应 管 ） 与 负 载 RL串 联 ， 基 极 脉 冲 电 压 vB驱 动 调 整 管 工 作 在 开 关 状 态 ；电 感 电 容 组 成 低 通 滤 波 器 ， 开 关 二 极 管 D用 于 保 证 电 感 电 流 连 续 ， 故 亦 称为 续 流 二 极 管 。1 主 电 路 的 工 作 原 理12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路 +vOT CD R L -+-VI iLvB kc e +-vO1 La 当 基 极 电 压 vB为 高 电 平 时 ，晶 体 管 T饱 和 导 通 ， 二 极 管 D截止 。 输 入 电 压 VI使 电 感 和 负 载电 流 增 加 ， 电 容 充 电 。 当 基 极 电 压 vB为 低 电 平 时 ， 晶 体 管 T截 止 ， 电 感 产 生 的 反 电 势 使 二极 管 D导 通 ， 电 感 电 流 形 成 回 路 。 电 感 释 放 磁 场 能 量 ， 电 流 逐 渐 减 小 。 OO tttvBvO1VI-VD O图 (b)开 关 串 联 稳 压 电 路 的 工 作 波 形Ton TiLO tVO vOD LC R +-+- vOVI iLakc e +-vO1(a) T饱 和 导 通D LC RL +-+- vOVI iLakc e +-vO1图 (a) 工 作 等 效 电 路(b) T截 止电 路 的 工 作 波 形 如 图 ： 1 主 电 路 的 工 作 原 理12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路 输 出 电 压 的 调 节 方 式 称 为 开 关 稳 压 电 路 的 控 制 方 式 。 输 出 电 压 的 调 节 有 3种 控 制 方 式 ： 1） 开 关 周 期 T不 变 ， 调 节 开 关 导 通 时 间 Ton， 这 种 方式 称 为 脉 冲 宽 度 调 制 （ Pulse Wide Modulation， PWM） ； 2） 开 关 导 通 时 间 Ton不 变 ， 调 节 开 关 周 期 T， 这 种 方式 称 为 脉 冲 频 率 调 制 （ Pulse Frenquency Modulation，PFM） ； 3） 既 调 节 开 关 周 期 T， 又 调 节 开 关 导 通 时 间 Ton， 这种 方 式 称 为 混 合 调 制 。2 控 制 方 式12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路 +T D LC R +-+- vOVI iLakc e +-vO1 图 12.6.5 开 关 串 联 稳 压 电 路基 准电 压三 角 波发 生 器 +A2 A1VP VREF VFvS vB PWM 电 路 RR OO tttvB vSvOOVPv tvO1VI-VDO(b) T截 止图 12.6.4 开 关 串 联 稳 压 电 路 TonT （ a）(b)(c)(d)VO3 PWM开 关 串 联 稳 压 电 路 12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路 控 制 电 路 的 作 用 是 采 用 适 当 的 调 制 方 式 ， 产 生 调 整 管 的 开 关 驱 动 信号 ， 维 持 输 出 直 流 电 压 稳 定 。 为 此 ， 开 关 稳 压 电 路 形 成 负 反 馈 系 统 。 3 PWM开 关 串 联 稳 压 电 路 onPVVFOO TVVVI REFF 取 样VO维 持 输 出 直 流 恒 定 。 当 任 何 因 素 引 起 输 出 直 流 电 压 变 化 时 ， 负 反 馈 将 自 动 调 整 导 通 时 间Ton， 维 持 输 出 直 流 电 压 恒 定 。 例 如 ， 负 载 电 流 减 小 引 起 输 出 电 压 增 大 ，将 启 动 下 述 自 动 调 节 过 程 ： 12.6.1开 关 串 联 稳 压 电 路 PWM控 制 电 路 由 取 样 电 路 、 基 准 电 压 电 路 、 比 较 放 大 电 路 （ A1） 、三 角 波 发 生 电 路 和 电 压 比 较 器 （ A2） 组 成 。 主 电 路 由 电 感 、 并 联 调 整 管 、 续 流 二 极 管 、 电 容 和 负 载 组 成 。 12.6.2并 联 开 关 稳 压 电 路1 PWM并 联 开 关 稳 压 电 路T DL CR +-+- vOVI iL a kce vB PWM 电 路+ -vL 当 基 极 电 压 v B为 低 电 平 时 ， 晶 体 管 T截 止 ， 电 感 电 流 减 小 ； 电 感 产 生 的反 电 势 和 输 入 电 压 VI使 二 极 管 D导 通 ， 向 电 容 和 负 载 提 供 电 流 ， 电 感 释 放 磁场 能 量 。 当 基 极 电 压 vB为 高 电 平 时 ， 晶 体 管 T饱 和 导 通 ， 二 极 管 D截 止 ， 电 容 向负 载 放 电 。 输 入 电 压 VI使 电 感 电 流 增 加 ， 补 充 磁 场 能 。 O ttvBiLO tvLVIVI-VOOT DL CR -+- vOVI iL a kce+ T DL CR -+- vOVI iL a kce+ vLvL (a) T饱 和 导 通(b) T截 止图 12.6.7 图 12.6.6主 电 路 工 作 等 效 电 路 图 12.6.8 开 关 并 联 稳 压 电 路 的 波 形TonT+电 感 电 流 的 增 加 量 为 ： LVTLvTdtdiTi IonLonLonL 电 感 电 流 的 减 少 量 为 LVVTTLvTTdtdiTTi OIonLonLonL )()()(1 PWM并 联 开 关 稳 压 电 路在 一 个 开 关 周 期 内 ， 电 感 补 充 的 能 量 和 释 放 的 能 量 相 等 ， 即 电 感 电 流 的 增加 量 和 减 少 量 的 绝 对 值 相 等 。 所 以 ，LVVTTLVT OIonIon )( IIonO VVTT TV 1 1输 出 电 压 ： 在 升 压 式 开 关 稳 压 电 路 中 ， 将 电 感 用 高 频 脉 冲 变 压 器 替 换 ， 并 将 续流 二 极 管 、 电 容 和 负 载 连 接 在 变 压 器 的 付 边 ， 可 构 成 具 有 脉 冲 变 压 器 的开 关 稳 压 电 路 。 注 意 ： 变 压 器 的 同 名 端 使 原 、 付 边 电 压 的 相 位 相 反 ， 故 称 为 反 激 式开 关 稳 压 电 路 。 2 反 激 式 开 关 稳 压 电 路12.6.2并 联 开 关 稳 压 电 路T DL1 CR +-+- vOVI iL2a kce图 12.6.9 反 激 式 开 关 稳 压 电 路vB PWM 电 路+-vL1 L2* +-vL2iL1 O ttvBO tO TonTiL2iL1(b) T截 止图 12.6.10 反 激 式 开 关 稳 压 电 路 的 波 形 设 变 压 器 原 边 和 付 边 的 等 效 电 感 分 别 是 L1和 L2。 可 知 ， 原 边 电 感 电 流 的 增 加量 为 ： 11111 LVTLvTdtdiTi IonLonLonL 电 感 电 流 的 减 少 量 为 ： LVTTLvTT dtdiTTi OonLon LonL )()( )( 22 22 在 一 个 开 关 周 期 内 ， 变 压 器 补 充 的 能量 和 释 放 的 能 量 相 等 ， 即 原 边 电 感 电 流 的增 加 量 和 付 边 电 感 电 流 的 减 少 量 的 绝 对 值相 等 。 所 以 21 )( LVTTLVT OonIon IIononO VLLVTT TLLV 11212 电 感 与 线 圈 匝 数 的 平 方 成 正 比 ， 调 整 原 边 匝 数 N1或 付 边 匝 数 N2， 可调 节 输 出 电 压 。 2 反 激 式 开 关 稳 压 电 路12.6.2并 联 开 关 稳 压 电 路 T DL1 CR +-+- vOVI iL2a kce 图 12.6.9 反 激 式 开 关 稳 压 电 路vB PWM 电 路+-vL1 L2* +-vL2iL1