一种自激式开关稳压电源电路的设计与实现方案

开关电源的设计

开关电源电路图如图2所示。在此功率转换电路中，采用单端反激式变换器，单端是因为其高频变压器的磁芯只工作在第一象限。按变压器的副边开关整流器二极管的接线方式不同，单端变换器可分为两种：正激式与反激式。原边主功率开关管与副边整流管的开关状态相反(开关管导通时，副边的整流二极管截止)称为单端反激式。当原边加到高电平激励脉冲使Q1导通，直流输入高频变压器的原边两端，此时因副边是上负下正，使整流二极管截止;当驱动脉冲为低电平使Q1截止，原边两端极性反向，使副边绕组两端变为上正下负，则整流二极管被正向导通，此后变压器副边的磁能向负载释放。因此单端反激式变换器只是在原边Q1导通时储存能量，当它截止时才向负载释放，故高频变压器在开关过程中，既起变压隔离作用，又是电感储能元件。

在交流电源的输入端接入的电磁干扰滤波器，由共模扼流圈L1、C2和C3构成，C2和C3的中点应接地，用来抑制共模干扰。C1用来滤波，滤除串模干扰，电容量较大。鉴于开关管BU508A在关断的瞬间，高频变压器的漏感会产生尖峰电压，利用C8、R3和D1组成钳位电路，C9的作用是滤除开关管集电极的尖峰电压，决定自动重启动频率，C9和R4一起对控制回路进行补偿，同时C9和R4还起原边快速复位的作用，能有效的保护开关管不被损坏。

1 开关电源的开关控制部分

开关电源其核心是开关控制部分，主要工作过程是通过图2中B点和C点电压的高低来控制主功率开关管 Q1导通和截止的时间(即占空比的大小)。当Q1截止时A点为高电平，C5对Q1放电，使B点电位迅速提高，使开关管Q1基极电位高于发射极，因而Q1饱和导通，并对C5进行充电。而此时的电流为变压器原边电流与Q1导通时的电流之和，所以流经R5的电流值很大，C点电位升高，饱和导通使A点电位下降，Q1也就截止。

D2 和D3作用是在Q1导通时，使C点电位不致很高，否则C5的放电时间过长，使Q1关断时间toff过大，而 Q1导通时间ton保持不变，这样频率变低。若Q1导通时C点提升太高时，才将Q1变为截止，此时D2和D3正向导通，C点的电位降低，使得C5放电时间很短就能将使Vb>Vc，使toff也很小，因而可以使频率达到很高。

2 PWM调节部分

Q1 导通时，绕组N2上正下负，C10吸收刚放电时的尖峰电压，防止二极管D10正向导通损坏，D10正向导通，使B点电位升高，从而使Q1更快饱和导通。同时Q2导通，再使 Q3也导通，B点电压下降，原边线圈电流减小至截止。这时N2边为下正上负，D4和D5导通，Q4基极变为高电位，Q4导通，C点电位降低，截止时间变短，而TL431反馈电流使流入Q4基极的电流就会减小，C点电位就下降得慢，截止时间变长。Q1导通时，TL431反馈电流决定C点电位升高的快慢来达到稳压的目的。C12是用来保护Q3，在截止时反向峰值电压过高，而损坏Q3。反馈控制就是将取样电压与基准电压比较，转化为电流，再经电流放大来调节 ton与toff来控制占空比从而达到稳压的目的。

R12 是输出电压的最小负载，防止负载空载时电压太高，用于提高轻载时的电压调整率。C17可适当的降低误差放大器的高频增益。TL431的基准电压与输出电压 Vo比较，在R14形成误差电压，从而使IC1的二极管产生不同的电流。R14是IC1二极管的限流电阻。误差放大的频率应由R13、R16、VR和 C17决定。由C14和R10构成的RC吸收网络，能消除高频自激振荡， 减小射频干扰。

3 高频变换器部分

由于高频变压器原边在单位时间里提供的功率与ton的平方和频率成正比、与输入原边直流电压的平方成正比，与原边绕组匝数成反比，若不考虑变压器的消耗，由能量守恒可得变压器副边功率，即输出的功率与变压器副边匝数，以及负载无关，只由原边提供的功率决定。因此要得到不同的输出功率，就只有靠改变高频变压器原边的功率。改变ton对输出功率的影响最大，但受到磁通复位条件的限制不宜较大的改变，要改变输入原边的直流电压，只能改变前面电路的滤波电感与滤波电容等参数，还可以在前面加入一个电位器，也能改变直流电压，而频率要受到功率开关管本身条件的限制。所以改变原边绕组匝数是一个比较好的方法，原边线圈绕组宽度不要太长，而将其分为多层，每一层的接入都用一个开关控制，需要不同的绕组匝数接入不同的开关就能很好的控制原边上的功率，从而得到不同的输出功率。但是，toff时间内要使高频变压器的原边磁通复位，在ton时间内要使其副边磁通复位，如果在开关工作周期结束时，磁通没有回到周期开始的起点，则变压器磁芯内的磁通就会逐渐增加，导致磁芯饱和而损坏功率开关管。要满足单端变换器的磁通复位条件，就要使Ton与Toff的时间适当，不能太长，否则使开关管的频率变低，同时与高频变压器原边与副边绕组的匝数有关。

4 TL431

TL431 是三端可调稳压器，利用两只外部电阻可设定2。50—36V范围内的任何基准电压值。TL431的电压温度系数很小。动态阻抗低，典型值为0。2欧，输出噪声低，具有适合汽车工业等温度范围内所规定的热稳定性，有效输出电路具有很陡的导通特性，从而使得这些器件在诸如板上稳压，可调电源和开关电源的应用中，可以很好的替代齐纳二极管。

结论

根据上述原理，进行了设计并制造了样机，调试后性能稳定。该电路的特点是占空比与输入电压成正比 (频率成反比)，不受负载影响，因而容易大范围控制。由于开关管的频率受限，能达到50KHz-100KHz左右，电源效率稍微比集成开关管低。为了提高此电路的电源效率最好使用频率较高的开关管，频率越高节能效果就最佳。