目前，空間技術、計算機、通信、雷達及家電中的電源逐漸被開關電源所取代。現(xiàn)在一般應用的串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)的串聯(lián)穩(wěn)壓器、調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的，這種穩(wěn)壓器的缺點是承受過載和短路的能力差，效率低，一般只有35％～60％。由于調(diào)整管要損耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管，并裝有體積很大的散熱器。而開關電源的調(diào)整管工作在開關狀態(tài)，功率損耗小，效率可達70％～95％，穩(wěn)壓器的體積小，重量輕，調(diào)整管的功率損耗較小，散熱器也隨之減小。此外，開關頻率工作在幾十kHz，可用數(shù)值較小的濾波電感、電容元件，故可以大大提高允許的環(huán)境溫度。
l 電路組成及工作原理
開關式交流穩(wěn)壓電源電路框圖如圖1所示。工作原理描述：由三角波發(fā)生電路產(chǎn)生150 kHz的三角波，由低頻正弦波產(chǎn)生電路產(chǎn)生50 Hz的正弦波。兩個信號分別同時送到比較器的同相和反相輸入端，在比較器的輸出端將產(chǎn)生矩形波。該矩形波的頻率與150 kHz的三角波相同，該矩形波的脈沖寬度受50 Hz正弦波實時幅度的調(diào)制后，隨50 Hz正弦波實時幅度而變化，即已調(diào)制矩形波。將其送到高速電子開關中一個輸入端，并經(jīng)過一級反向器反向，送到高速電子開關的另外一個輸入端。
市電整流濾波獲得的倍于輸入交流電壓(典型值約為311 V)的直流高電壓送到高速電子開關的電源輸入端。高速電子開關的兩個輸出端由兩個反向的輸入矩形波驅(qū)動，從約311 V直流電源取得能量后，分別經(jīng)過一級短時間常數(shù)的LC濾波電路連接到高頻開關變壓器的初級。該LC濾波電路的作用是使進入高頻開關變壓器初級的矩形波脈沖拐角趨于圓滑，以降低其高頻諧波。高頻開關變壓器的初、次級還起到對市電隔離的作用，高頻開關變壓器的次級獲得交變、拐角圓滑的矩形波電壓，經(jīng)過多級長時間常數(shù)的LC濾波電路，將150 kHz高頻信號濾除，還原出50 Hz正弦波的調(diào)制信號。送到負載用于對負載供電。
電壓和電流取樣電路從負載上獲取電壓和電流信號，分別送兩路A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，變成離散的數(shù)字信號。一方面用于通過微處理器處理后進行實時顯示；另一方面用于通過微處理器處理后送D／A轉(zhuǎn)換器變換為模擬量，經(jīng)過光電隔離驅(qū)動電路來控制正弦波發(fā)生器的幅值，又經(jīng)過比較器、反向器、高速電子開關、LC濾波、高頻開關變壓器、多級LC濾波等電路，用于控制負載上電壓或電流的穩(wěn)定。電壓互感器的作用是從市電中獲得低諧波失真的標準正弦波，經(jīng)由正弦波產(chǎn)生電路控制其幅值；鍵盤用于輸入準備向負載提供的電壓或電流值。
2 電路設計分析
2．1 可控正弦波產(chǎn)生電路
可控正弦波產(chǎn)生電路的電路圖如圖2所示。
正弦波的來源采用直接從市電的220 V／50 Hz的正弦波，利用電壓互感器變換成較低電壓的50Hz正弦波(例如5 V)。該正弦波的諧波失真度取決于市電的諧波失真度和互感器的參數(shù)，其輸出幅度由D／A轉(zhuǎn)換器控制光電耦合器驅(qū)動電路實現(xiàn)，D／A轉(zhuǎn)換器輸出信號控制光電耦合器導通程度，與分壓電阻分壓后產(chǎn)生交流和直流疊加的電壓，經(jīng)電容隔離直流分量，僅保留交流分量送運算放大器進行若干倍的放大，產(chǎn)生隨D／A信號幅度大小而控制的純凈交流信號量。
D／A控制信號產(chǎn)生的原則是：根據(jù)輸出到負載上的電壓或電流配合市電的電壓幅度大小進行綜合運算，由微處理器向D／A轉(zhuǎn)換器提供通過綜合運算的數(shù)字量，使得提供給負載的輸出電壓(或電流)趨于穩(wěn)定。
2．2 脈沖寬度調(diào)制器
PWM產(chǎn)生電路由正弦波產(chǎn)生電路、三角波產(chǎn)生電路和比較器三個部分組成。三角波加到比較器的反向輸入端，正弦波加到比較器的同向輸入端，比較器輸出端產(chǎn)生受正弦波瞬時幅度而變化的脈沖寬度調(diào)制波。
圖3是電壓型PWM比較器的工作波形，輸入三角波接在比較器的反向輸入端，可控正弦波信號送至比較器的同相輸入端，經(jīng)放大后輸出PWM信號。
2．3 高速電子開關
高速電子開關電路用于實現(xiàn)將PWM波功率放大，配合高頻電子變壓器和濾波電路，可實現(xiàn)對輸入信號為受某信號參數(shù)調(diào)制的矩形波，輸出信號為還原出該參數(shù)的解調(diào)電路。其典型電路圖如圖4所示，是PWM經(jīng)反相器出來的波形。整個電路由4個場效應管構(gòu)成的橋式開關電路、高頻開關變壓器、多組LC濾波電路(圖中只畫出一組L3，C3)組成。
高頻開關變壓器Tr還兼起市電隔離的作用。電路中，L1，C1和L2，C2組成濾波電路，用以使輸入到高頻開關變壓器初級的矩形波拐角變成“緩變”形狀，以使流經(jīng)變壓器的諧波分量減小，降低干擾。
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