自激式开关电源输出电压控制

自激式开关电源原理图如下所示:

当输出电压发生变化(如负载变化或者电网电压变化引起)时,就要及时改变占空比的大小,从而保持输出电压稳定。改变占空比的调节过程也就是输出电压控制过程,也就是稳压过程。

我们可以从上图看出,输出电压控制电路由C4、D2和ZD1组成。前文已经提到当Q1截止时,反馈绕组NF上感应出上“-”下“+”的电压,该电压也使D2导通,并给C4充电。当C4的电压达到ZD1的稳压值时,ZD1反向击穿导通。当C4的电压比ZD1的稳压值高0.6V时,Q2导通,对Q1基极电流进行分流,使Q1提前进入截止状态。C4的电压越高,Q2集电极电流就越大,对Q1基极电流的分流作用就越强,Q1的导通时间就越短。这样就可以减小PWM控制电路的占空比,当电路达到平衡状态时,C4的电压就稳定不变了。

由于反馈绕组NF和次级绕组NS具有磁耦合作用,其感应电压与匝数成正比,如果NF和NS具有相同的匝数,C4和C5就会有相同的输出电压。C4的电压稳定了,C5的输出电压也就稳定了。NF和NS同为12匝,C4的电压为5.3V(稳压值4.7V+Q2的BE结0.6V),输出电压Uo约为5V。我们可以通过改变ZD1的稳压值来改变输出电压。

但是,由于变压器漏磁和整流二极管非线性的影响,电路输出电压稳定度较差,特别是输出空载的时候,输出电压会升高较多。为了使空载输出电压不至于过高,通常要在输出端并联一只负载电阻,称之为最小负载;但是最小负载的接入会降低开关电源的效率。

为了避免电源效率被降低,而且可以提高输出电压的稳定度,我们可以增加独立的输出电压取样电路,光耦就是实现这种功能的典型器件;光耦不仅可以让输出电压稳定,而且还可以对次级与初级之间进行电气隔离。光耦的原理就是将输出电压取样及误差放大电路连接在次级回路中,次级的电压变化通过光耦隔离后反馈到初级控制电路,使次级与初级实现电气隔离。

优化线路如下图所示:

 当输出电压升高时,流过光耦U1中发光二极管的电流会增大,从而使光耦中光敏三极管电流增加。该电流施加到Q2的基极,引起Q2的集电极电流上升,对Q1基极的分流增大,Q1的基极电流减小,使Q1的集电极电流也减小,Q1将提前退出饱和状态,导致Q1的导通时间减小,从而减小了电路的占空比,使输出电压下降。同理,当输出电压降低时,会使导通时间增加,从而增加占空比,使输出电压升高。占空比的调节总是使输出电压趋于稳定状态。

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