开关电源电路图及原理设计 第2页
集成开关稳压电源的种类
现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。
(1) 按激励方式划分
他激式
电路中转设激励信号的振荡器
自激式
开关管兼作振荡器中的振荡管
(2) 按调制方式划分
脉宽调制型
振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。
频率调制型
占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。
混合调制型
通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。
(3)按开关管电流的工作方式划分
开关型
用开关晶体管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于他激式。
谐振型
开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式。
(4)按开关晶体管的类型划分
晶体管型
采用晶体管作为开关管
可控硅型
采用可控硅作为开关管，这种电路的特点是直接输入交流电，不需要一次整流部分。
(5)按储能电感与负载的连接方式划分
串联型
储能电感串联在输入与输出电压之间。
并联型
储能电感并联在输入与输出电压之间。
(6)按晶体管的连接的连接方式划分
单端式
仅使用一个晶体管作为电路中的开关管，这种电路的特点是价格低，电路结构简单，但输出功率不能提高。
推挽式
使用两个晶体管，将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点是开关变压器必须具有中心抽头。
半桥式
使用两个晶体管，将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合。
全桥式
使用四个开关晶体管，将其连接成全桥形式。它的特点是输出的功率比较大。
(7)按输入与输出的电压大小划分
升压式
输出电压比输入电压高，实际就是并联型开关稳压电源。
降压式
输出电压比输入电压低，实际就是串联型开关稳压电源。
(8)按工作方式划分
可控整流型
所谓可控整流型开关稳压电源，是指采用可控硅整流元件作为调整开关管，可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电。（这种供电方式在开关稳压电源刚兴起的初期常常采用，目前基本上不太采用。）在可工作的半波内，截去正弦曲线的前一部分，这一部分所占角度称为截止角，导通的正弦曲线的后一部分称为导通角。依靠调节导通角的大小，可达到调整输出电压和稳定电压的目的。
斩波型
斩波型开关稳压电源是指直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经过滤波得到与输入电压不同的稳定的直流电压，电路还从输出电压取样，经过比较、放大、控制脉冲发生电路产生的脉冲信号，用以控制调整开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率，最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护电路也是依据这一部分提供的取样信号来进行工作的。
隔离型
这种形式的开关电源是在输入回路与逆变电路之间，经过高频变压器（也可称为开关变压器），利用磁场的变化实现能量的传递，没有电流间的直接流通，隔离型开关稳压电源采用直流供电，经过开关电路，将直流电变成频率很高的交流电，再经变压器隔离、变压（升压或降压），然后经整流器整流，最后就可以得到新的、极性和数值各不相同的多组直流输出电压。电路从输出端取样，经放大后反馈至开关控制端，控制驱动电路的工作，最后达到稳定输出电压的目的。这种形式的开关稳压电源在实际稳压电源中应用最为广泛。
(9)按电路结构划分
散件式
整个开关稳压电源电路都是采用分立元器件组成的，它的电路结构较为复杂，可靠性较差。
集成电路式
整个开关稳压电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的，这种集成电路通常为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括开关晶体管，有的则不包括开关晶体管。这种电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。彩色电视机中常采用这种开关电源。
以上五花八门的开关稳压电源的品种都是站在不同的角度，以开关稳压电源不同的特点命名的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节手段、储能电感的连接方式、开关管器件种类以及串并联结构等各不相同，但是它们最后总可以归结为串联型开关稳压电源和并联型开关稳压电源这两大类。
第二章 集成开关稳压电源的设计要点
设计一个高性价比的开关电源，所涉及的知识面很广。设计人员不仅要掌握各种单片开关电源集成电路的工作原理和应用电路，还必须了解有关通用及特种半导体器件、模拟与数字电路、电磁兼容性、热力学等方面的知识。本章详细阐述单片开关电源的设计要点及外围关键元器件的选择。
一 集成开关电源设计概述
下面首先介绍单片开关电源两种工作模式的特点及设定方法，然后阐述反馈电路的4种基本类型。
1.1集成开关电源的两种工作模式
（1）连续模式及不连续模式的特点
单片开关电源有两种基本工作模式：一种是连续传输模式CUM(Continuous Mode)，简称连续模式；另一种是不连续传输模式DUM(Discontinuous Mode)，简称不连续模式。这两种模式的开关电流波形分别如图2-1a.b所示。
连续模式的特点是高频变压器在每个开关周期，都是从非零的能量存储状态开始的。连续模式的开关电流先从一定幅度开始，沿斜坡上升到峰值，然后又迅速回零，其开关电流波形呈梯形，参见图2-1a。此时，一次绕组脉动电流(Ir)与峰值电流(Ip)的比例因数Krp<1.0，即
Ir=KrpIp<Ip(12-1) (2-1)
这表明在连续模式下，由于存储在高频变压器的能量在每个开关周期内并未完全释放掉，因此下一个开关周期具有一个初始能量。采用连续模式可减小一次绕组峰值电流Ip和有效值电流IRms，降低芯片的功耗。但连续模式要求增大一次绕组的电感量Lp，这会导致高频变压器的体积增大。综上所述，连续模式适用于功率较小的TOPSwitch和尺寸较大的高频变压器。
不连续模式的特点是，存储在高频变压器中的能量在每个开关周期内都要完全释放掉，其开关电流则是从零开始上升到峰值，再迅速降到零，其开关电流的波形呈三角形，参见图2-1b.此时Krp=1.0,即
Ir=Ip （2-2）
不连续模式下的Ip.Irms值较大，但所需要的Lp较小。因此，它适合于采用输出功率较大的TOPSwitch芯片，配尺寸较小的高频变压器。
（2）工作模式的设定
利用IR与Ip的比例关系，亦即KR P的数值，可以定量的描述单片开关电源的工作模式。KR P的取值范围是0-1.0。若取IR=Ip，即KRP=1.0，就将开关电源设定在不连续模式。当IR<Ip，即KR P<1.0时，开关电源就被设定为连续模式。具体讲，这又分两种情况：（1）当0<IR<Ip，即0<KRP,1.0时处于连续模式；（2）理想情况下，IR=0. KRP=0，表示处于绝对连续模式，或称为极端连续模式，此时一次绕组电感量Lp -- ∞，而一次绕组开关电流呈矩形波。
实际上在连续模式与不连续模式之间并无严格界限，而是存在一个过渡过程。对于给定的交流输入电压范围，KR P值较小，就意味着更为连续的工作模式和相对较大的一次绕组电感量，并且一次绕组的Ip和Irms值较小，此时可选用功率较小的TOPSwitch芯片和较大尺寸的高频变压器来实现优化设计。反之，KR P值较大，就表示连续程度较差，一次绕组电感量较小，而Ip与一次绕组有效值电流Irms较大，此时须采用功率较大的TOPSwitch芯片，配尺寸较小的高频变压器。
综上所述，选择KR P值就能设定开关电源的工作模式。设定过程为：Lp上升导致IR<Ip导致KR P<1.0的连续模式。对于85-265V宽范围输入或230V固定输入的交流电压，选择KR P=0.6-1.0 比较合适。
1.2 单片开关电源反馈电路的4种基本类型
单片开关电源的电路可以千变万化，但其反馈电路只有4种基本类型： 1.基本反馈电路：2.改进型基本反馈电路：3.配稳压管的光耦反馈电路：4. 配TL431的光耦反馈电路。它们的 简化电路如下2-2a-d所示。
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