開關電源脈沖調制電路中,加入LC諧振電路,使得流過開關管的電流及管子兩端的壓降為準正弦波。這種開關電源稱為諧振式開關電源。利用一定的控制技術,可以實現開關管在電流或電壓波形過零時的切換,這樣對縮小電源體積、增大電源控制能力、提高開關速度、改善紋波都有極大好處。所以諧振開關電源是當前開關電源發展的主流技術。準諧振開關主要分為兩種:一種是ZCS,即零電流開關,開關管在零電流時關斷;另一種是ZVS,即零電壓開關,開關管在零電壓時關斷。
圖5-23所示是半橋諧振開關電源電路簡圖,圖中,IC801為諧振型開關電源專用厚膜電路,T862為開關電源變壓器,其二次側采用由VD883、VD884、C884組成的全波整流電路。2801為誤差取樣放大器,VT862為光電耦合器。下面簡要說明電路的工作原理。
開關變壓器T862的5-7繞組L與電容C870構成LC串聯諧振電路,其諧振頻率fo比開關電源實際工作頻率f1略低。串聯諧振電路的諧振頻率fo為IC801的⑩腳輸出的矩形脈沖電壓U0加在LC串聯諧振電路的兩端。當矩形脈沖頻率fi等于LC串聯電路的諧振頻率fo時,電路就會發生串聯諧振。串聯諧振時LC串聯電路的阻抗最低,如圖5-24(a)所示,同時,L兩端的電壓UL與電容C870兩端的電壓Uc絕對值相等,且均為輸入脈沖電壓Uo的Q倍,因此LC串聯諧振稱為電壓諧振,UL、UC與頻率f的關系如圖5-24(b)、(c)所示。
當IC801的⑩腳輸出矩形脈沖頻率遠低于或遠高于fo時,LC串聯電路不諧振,流過電感L的電流很小,L中儲存的磁能很小,變壓器T862二次繞組輸出電壓很低,開關電源不能正常工作。
當IC801的⑩腳輸出矩形脈沖頻率位于fo附近時,LC串聯電路諧振,在L中流過的電流很大,T862二次繞組有電壓輸出,開關電源正常工作。
開關電源的穩壓過程為:當電網電壓上升或電源負載減輕時,+125V電壓f→2801的①腳電壓f→2801的③腳電壓↓→光電耦合器VT862內發光二極管發光f→VT862內光敏三極管內阻↓→IC801的⑧腳電壓↓→IC801內振蕩器頻率f→IC801的⑩腳輸出的矩形脈沖頻率f1↑→圖5-24中的f1右移一電感L上的電壓UL↓→T862二次繞組輸出+125V電壓↓,保持了開關電源輸出電壓的穩定。反之亦然。
該諧振型開關電源具有以下特點。
①穩壓環路從主電壓上直接進行誤差電壓取樣,穩壓環路反應快。當電網電壓或負載快速變化時,穩壓瞬態特性好,空載時也能保持良好的穩壓效果。
②采用光電耦合器傳送誤差控制電壓,使開關電源地與主板地的電隔離良好,主板不帶電,檢修方便、安全。
③采用兩個MOS型場效應功率管推挽工作,比單管開關電源功率大,特別適用于大功率用電設備。
④開關管采用MOS型場效應管―沒有多數載流子的電荷儲存效應,開關管開啟損耗和關斷損耗小,電路效率高。場效應管屬于電壓控制器件,對激勵功率的要求較小,減輕了驅動電路的負擔,同時場效應管耐浪涌電流、沖擊電流的能力較強,不會發生熱擊穿。
⑤LC諧振電路選頻后,T862輸出正弦波電壓,因此采用全波整流電路,大大減小了紋波電壓,浪涌電流和尖峰電壓也很小,減小了對其他電路的干擾。
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