寬調(diào)節(jié)開關(guān)電源可選擇的一種電路結(jié)構(gòu)

摘   要:  本文簡單概述了寬調(diào)節(jié)電源的發(fā)展,提出了采用開關(guān)電源構(gòu)成的一種寬調(diào)節(jié)電源電路的結(jié)構(gòu)、原理及基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
概述
在電源應(yīng)用中,常常希望電源輸出電壓調(diào)節(jié)寬，或者輸入電壓可適應(yīng)很寬的范圍，或既有一定輸出電壓調(diào)節(jié)寬度，又能適應(yīng)很寬的輸入電壓范圍。通常這類電源稱為“寬調(diào)節(jié)電源” 。在電源發(fā)展過程中，有多種方式可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，有的電路至今仍在使用。上世紀(jì)60年代開始，晶體管串聯(lián)方式的穩(wěn)壓電路已普遍使用，其缺點(diǎn)是串聯(lián)晶體管上的損耗比較大，當(dāng)輸出電壓要求寬調(diào)節(jié)時(shí), 調(diào)整的串聯(lián)晶體管上壓降變化很大，勢必引起很大的功率損耗，降低電源效率，結(jié)構(gòu)上需要大的散熱器, 增加了體積和重量。為了在輸出電壓調(diào)整時(shí)保持調(diào)整管壓降或?qū)⑺刂圃谛〉姆秶鷥?nèi)變化, 不至產(chǎn)生過大的損耗，最簡單的辦法是改變變壓器抽頭， 通過波段開關(guān)的選擇調(diào)整串聯(lián)穩(wěn)壓器輸入電壓, 以保持小的調(diào)整管壓降，達(dá)到輸出寬調(diào)節(jié)的目的。但是這種辦法輸出電壓調(diào)節(jié)的不連續(xù)和波段開關(guān)的不可靠性是它的缺點(diǎn)。后來，隨著開關(guān)電源的發(fā)展, 為了減少調(diào)整管上的損耗，采用降壓開關(guān)電路替代串聯(lián)穩(wěn)壓電路。 這種方式的寬調(diào)節(jié)電源在上世紀(jì)60年代末70年代初形成產(chǎn)品, 作為實(shí)驗(yàn)室常用電源。但它的缺點(diǎn)依舊存在。
與此同時(shí), 串聯(lián)穩(wěn)壓電路加前置調(diào)節(jié)的電路開始應(yīng)用。 常采用的前置電路是移相式可控整流電路。整體電路有兩個(gè)相關(guān)的控制電路?？煽卣麟娐返姆答佇盘柸∽源?lián)穩(wěn)壓器的調(diào)整管兩端, 它依據(jù)調(diào)整管兩端電壓變化來改變串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸入電壓，這樣保證了串聯(lián)穩(wěn)壓器輸出大范圍變化時(shí), 通過前置調(diào)節(jié)電路調(diào)整串聯(lián)穩(wěn)壓器輸入電壓， 保持調(diào)整管上的電壓不變,并將損耗限制在最小范圍內(nèi)。 這種方式的寬調(diào)節(jié)電源實(shí)現(xiàn)了連續(xù)調(diào)節(jié)，最大的優(yōu)點(diǎn)是保持了串聯(lián)調(diào)節(jié)電源紋波小和穩(wěn)定性高的特點(diǎn), 至今還有大量應(yīng)用。 其缺點(diǎn)是很難省去工頻變壓器而使體積和重量偏大，適合應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)室。

圖1 二級單控的電路拓?fù)?/p>

圖2 降壓—半橋電路

單級開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)寬調(diào)的限制
開關(guān)電源廣泛應(yīng)用以后, 人們自然會想到開關(guān)電源是否可實(shí)現(xiàn)寬調(diào)節(jié)的目的。眾所周知，開關(guān)電源大多是采用恒工作頻率，PWM方式工作，即一周期內(nèi)控制功率管的導(dǎo)通比來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，導(dǎo)通比為:d=t_on/(t_on+t_off)     (1)

 其中，ton和toff分別為一周中導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，d<1。
對于降壓開關(guān)電路以及它演變的正激、半橋和全橋電路，其輸出均需應(yīng)用LC濾波電路, 在理想條件下，輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系為:V_out=dV_in     (2)

Vout,Vin分別為輸出、輸入電壓, 從式(2)可以看出d實(shí)際上決定了輸出電壓和輸入電壓的比, 也反應(yīng)了輸出和輸入可調(diào)范圍的能力。
在實(shí)際開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中, 因?yàn)橐紤]到電網(wǎng)的變化、負(fù)載變化以及負(fù)載變化引起輸入直流電壓變化等, 在額定的情況下，d一般選擇在0.5~0.6；低輸入電壓、滿負(fù)載及輸出上調(diào)10%的情況下, d可能達(dá)到0.9；相反，高輸入電壓、空載，輸出電壓下調(diào)10%的情況下，d可能達(dá)到0.2~0.3。 考慮必需的工作死區(qū),  d不能選擇過大,  d較小時(shí)工作時(shí)脈沖電流會增大。一般正激電路不可能達(dá)到輸出或輸入在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié), 通常在輸入電壓變化