基于一種高頻穩壓型開關電源的電路結構分析

開關電源具有體積小、效率高等一系列優點，在各類電子產品中得到廣泛的應用。但由于開關電源的控制電路比較復雜、輸出紋波電壓較高，所以開關電源的應用也受到一定的限制。

電子裝置小型輕量化的關鍵是供電電源的小型化，因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗。開關電源中的調整管工作于開關狀態，必然存在開關損耗，而且損耗的大小隨開關頻率的提高而增加。另一方面，開關電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗，也隨頻率的提高而增加。

目前市場上開關電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關頻率可達幾十kHz；采用MOSFET的開關電源轉換頻率可達幾百kHz.為提高開關頻率必須采用高速開關器件。對于兆赫以上開關頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關方式。它可以極大地提高開關速度，原理上開關損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關方式的兆赫級變換器已經實用化。

開關電源的集成化與小型化已成為現實。然而，把功率開關管與控制電路都集成在同一芯片上，必須解決電隔離和熱絕緣的問題。

開關電源的基本構成開關電源采用功率半導體器件作為開關器件，通過周期性間斷工作，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的基本構成如圖1所示，其中DC/DC變換器進行功率轉換，它是開關電源的核心部分，此外還有起動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路(R1、R2)檢測輸出電壓變化，與基準電壓Ur比較，誤差電壓經過放大及脈寬調制(PWM)電路，再經過驅動電路控制功率器件的占空比，從而達到調整輸出電壓大小的目的。圖2是一種電路實現形式。DC/DC變換器有多種電路形式，常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器。

對于串聯線性穩壓電源，輸出對輸入的瞬態響應特性主要由調整管的頻率特性決定。但對于開關型穩壓電源，輸入的瞬態變化比較多地表現在輸出端。提高開關頻率的同時，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關電源的瞬態響應問題也能得到改善。負載變化瞬態響應主要由輸出端LC濾波器特性決定，所以可以利用提高開關頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態響應特性。

開關型穩壓電源的分類開關型穩壓電源的電路結構有多種：

(1)按驅動方式分，有自勵式和他勵式。

(2)按DC/DC變換器的工作方式分：①單端正勵式和反勵式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等。

(3)按電路組成分，有諧振型和非諧振型。

(4)按控制方式分：①脈沖寬度調制(PWM)式；②脈沖頻率調制(PFM)式；③PWM與PFM混合式。

(5)按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分，有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。

以上這些方式的組合可構成多種方式的開關型穩壓電源。因此設計者需根據各種方式的特征進行有效地組合，制作出滿足需要的高質量開關型穩壓電源。