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电子技术实训教程

第7章

开关电源

第7章开关电源

7.1保留工频变压器的串联开关式稳压电源

1串联调整式稳压电源的缺点

第6章介绍的串联调整式稳压电源是20世纪50

年代在电子管线性稳压电源的基础上发展起来的，

其发展日趋完善，最终集成化。这种稳压电源的

优点是电压稳定度和负载稳定度高，纹波小，瞬

态响应快，线路简单。但是它有严重的缺点，那

就是效率低，体积大，比较笨重。效率低的原因

有两个，①调整管是和负载相串联，负载所取用

的电流，全部都要通过调整管，而且调整管两端

必须有一定的电压降，这样才能起到调整作用，

尤其是在大功率时，调整管消耗的功率也会增大，

为了避免调整管因发热而损坏，必须给调整管加

装散热器，这样一来又加大了电源的体积和增加

了电源的重量，使得这种电源很笨重。②这种电

源要使用工频变压器进行降压，工频变压器也要

产生损耗，因此串联调整式稳压电源的效率只有

0.3-0.4，最高也不会超过0.5。另外对工频电压进

行滤波，由于频率低，只有50Hz，滤波电容的容

量必须较大，因而体积也大，这又增加了电源的

体积和重量。总而言之，效率低，体积大而笨重

是串联调整式稳压电源的严重缺点。随着电子产

品的集成化程度越来越高，体积越来越小，串联

调整式稳压电源越来越显得不能适应新电子产品

的要求，因此各种开关式稳压电源就应运而生。

2改进措施

针对串联调整式稳压电源效率低的

因素，科技工作者采取的相应措施是：

让调整管工作在开关状态，省掉工频变

化器，取而代之的是高频变压器，不断

地研究提高开关频率，使得滤波电感和

滤波电容也变得越来越小，如今这三项

措施都取得了极大的成绩。目前，最先

进的开关电源，效率可达90%以上，体

积和重量是原来同等功率串联调整式稳

压电源的1/2~1/3。

开关电源的种类繁多，电路也较为

复杂，本节先从开关电源一般性的工作

原理分析开始。

3开关电源工作原理框图

描述开关电源一般性的工作原理，可用图7-1

来表示。

图中，V是一个直流输入电源，它可以是交流市电经变

i

压或直接整流滤波后得到的简易直流电源，也可以是化学

电源或直流发电机发出的直流电，以及太阳能电池产生的

直流电。K是一个开关管，它受开关控制电路控制，周期

性地进行开或关。理想状态时，K导通时的电阻为零，电

能可以顺利通过，关断时电阻为无穷大，电能传输被阻挡

能量储存及滤波网络较为复杂，其电路形式也多

种多样，从而导致了开关电源种类繁多，它的功

能就是在开关K导通时，将一部分电能传送给负载，

将剩余的能量储存起来，以便在开关K断开时，继

续向负载保持供电。取样电路将负载两端的电压

取样后送到比较器与那里设置的基准电压相比较，

比较器将比较的结果以信号的形式送到开关控制

电路，由开关控制电路控制开关K导通时间的长短，

从而使输出电压V稳定在所需的范围内。

0

下面分析V和Vi之间的关系，由哪些因素来决定。

0

设开关K导通的时间为TON,关断的时间为TOff，则开

关的周期T=TON+TOff，开关K的工作频率f=1/T,令

T

ON，称为占空比，则V和Vi之间的关系为：

0

T

V.T

ViONV.（7-1）

0i

T

因此，调节和控制输出电压V0的办法，就是调

节占空比δ的大小。

进一步分析（7-1）式，可以发现，调控V的办法

0

实际上有三种：

（1）保持开关的工作频率f不变，改变TON的大小，

这种办法称为脉冲宽度调制（Pu