寬調節開關電源可選擇的一種電路結構

摘   要:  本文簡單概述了寬調節電源的發展,提出了采用開關電源構成的一種寬調節電源電路的結構、原理及基本設計要點。
概述
在電源應用中,常常希望電源輸出電壓調節寬，或者輸入電壓可適應很寬的范圍，或既有一定輸出電壓調節寬度，又能適應很寬的輸入電壓范圍。通常這類電源稱為“寬調節電源” 。在電源發展過程中，有多種方式可以實現這個目標，有的電路至今仍在使用。上世紀60年代開始，晶體管串聯方式的穩壓電路已普遍使用，其缺點是串聯晶體管上的損耗比較大，當輸出電壓要求寬調節時, 調整的串聯晶體管上壓降變化很大，勢必引起很大的功率損耗，降低電源效率，結構上需要大的散熱器, 增加了體積和重量。為了在輸出電壓調整時保持調整管壓降或將它控制在小的范圍內變化, 不至產生過大的損耗，最簡單的辦法是改變變壓器抽頭， 通過波段開關的選擇調整串聯穩壓器輸入電壓, 以保持小的調整管壓降，達到輸出寬調節的目的。但是這種辦法輸出電壓調節的不連續和波段開關的不可靠性是它的缺點。后來，隨著開關電源的發展, 為了減少調整管上的損耗，采用降壓開關電路替代串聯穩壓電路。 這種方式的寬調節電源在上世紀60年代末70年代初形成產品, 作為實驗室常用電源。但它的缺點依舊存在。
與此同時, 串聯穩壓電路加前置調節的電路開始應用。 常采用的前置電路是移相式可控整流電路。整體電路有兩個相關的控制電路?？煽卣麟娐返姆答佇盘柸∽源摲€壓器的調整管兩端, 它依據調整管兩端電壓變化來改變串聯穩壓器的輸入電壓，這樣保證了串聯穩壓器輸出大范圍變化時, 通過前置調節電路調整串聯穩壓器輸入電壓， 保持調整管上的電壓不變,并將損耗限制在最小范圍內。 這種方式的寬調節電源實現了連續調節，最大的優點是保持了串聯調節電源紋波小和穩定性高的特點, 至今還有大量應用。 其缺點是很難省去工頻變壓器而使體積和重量偏大，適合應用性實驗室。

圖1 二級單控的電路拓撲

圖2 降壓—半橋電路

單級開關電源實現寬調的限制
開關電源廣泛應用以后, 人們自然會想到開關電源是否可實現寬調節的目的。眾所周知，開關電源大多是采用恒工作頻率，PWM方式工作，即一周期內控制功率管的導通比來實現調節，導通比為:d=t_on/(t_on+t_off)     (1)

 其中，ton和toff分別為一周中導通時間和關閉時間，d<1。
對于降壓開關電路以及它演變的正激、半橋和全橋電路，其輸出均需應用LC濾波電路, 在理想條件下，輸入電壓和輸出電壓的關系為:V_out=dV_in     (2)

Vout,Vin分別為輸出、輸入電壓, 從式(2)可以看出d實際上決定了輸出電壓和輸入電壓的比, 也反應了輸出和輸入可調范圍的能力。
在實際開關電源的設計中, 因為要考慮到電網的變化、負載變化以及負載變化引起輸入直流電壓變化等, 在額定的情況下，d一般選擇在0.5~0.6；低輸入電壓、滿負載及輸出上調10%的情況下, d可能達到0.9；相反，高輸入電壓、空載，輸出電壓下調10%的情況下，d可能達到0.2~0.3。 考慮必需的工作死區,  d不能選擇過大,  d較小時工作時脈沖電流會增大。一般正激電路不可能達到輸出或輸入在很寬的范圍內調節, 通常在輸入電壓變化