高頻開關(guān)電源的組成與分類

開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。但由于開關(guān)電源的控制電路比較復(fù)雜、輸出紋波電壓較高，所以開關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定的限制。

電子裝置小型輕量化的關(guān)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(guān)電源中的調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài)，必然存在開關(guān)損耗，而且損耗的大小隨開關(guān)頻率的提高而增加。另一方面，開關(guān)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(chǎng)上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十kHz;采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百kHz。為提高開關(guān)頻率必須采用高速開關(guān)器件。對(duì)于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度，原理上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)方式的兆赫級(jí)變換器已經(jīng)實(shí)用化。

開關(guān)電源的集成化與小型化已成為現(xiàn)實(shí)。然而，把功率開關(guān)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。

1開關(guān)電源的基本構(gòu)成

開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1所示，其中DC/DC變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有起動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路(R1、R2)檢測(cè)輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制(PWM)電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。圖2是一種電路實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。

對(duì)于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源，輸出對(duì)輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定。但對(duì)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源，輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端。提高開關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問題也能得到改善。負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定，所以可以利用提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。

2開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類

開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種：

(1)按驅(qū)動(dòng)方式分，有自勵(lì)式和他勵(lì)式。

(2)按DC/DC變換器的工作方式分：①單端正勵(lì)式和反勵(lì)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(diào)制(PWM)式;②脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;③PWM與PFM混合式。

(5)按電源是否隔離和反饋控制信號(hào)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(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源。因此設(shè)計(jì)者需根據(jù)各種方式的特征進(jìn)行有效地組合，制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源。