自激式开关电源

开关电源分析

前几天收到读者留言询问，说讲一下没有光耦的自激式开关电源，今天我们安排一下。
        下图为一款手绘的简单的自激线路开关电源线路图：

bwbf0kxbwyv64045052021.png

        图中Ui为我们市电经过整流滤波所得到的直流电压，C1为输入滤波电容，通常我们使用两个400V/10UF左右的电解电容;R1是Q1的启动电阻，R2、C2和变压器组成辅助振荡线路；TR1是变压器，一次侧用于存储能量以及一次侧和二次侧的能量耦合，辅助绕组产生正反馈信号；整流二极管D1和电解电容C3构成了输出端的整流滤波线路，让输出电压平滑稳定。
        刚上电时，电阻R1给Q1提供启动电流，让Q1进行导通。
        Q1导通后，变压器一次侧因为有电流流过发生自感，自感电压的方向为“上正下负”，阻止电流增大；另一方面，一次绕组与二次绕组、辅助绕组发生互感。
        根据变压器同名端符号可知，二次绕组感应电压方向与一次绕组相反，为“上负下正”，二极管D1反向截止，辅助绕组感应电压反向为“上正下负”，加速Q1导通。
        当Q1趋于截止状态时，一次绕组因电流减小而发生自感，同时一次绕组和二次绕组辅助绕组发生互感，所有绕组极性反转，一次绕组自感电压的方向阻止电流的减小，二次绕组感应电压的方向让二极管正向导通，辅助绕组感应电压加速Q1截止。
        在Q1导通期间，变压器一次侧从电源Ui处积蓄能量，存储在绕组中；在Q1截止期间，变压器将存储的能量释放给负载。
        在接近截止状态时，变压器一次绕组感应电压自由振荡返回到零，Q1基极连接的辅助绕组也称为正反馈绕组，因变压器互感所产生正反馈信号控制Q1的导通和截止，就是所谓的自激振荡。
        自激式开关电源经济实用，目前仍有较多的产品采用，下面就用一款简单的自激推挽式开关电源对自激式电源进行讲解。
       下图为一款自激推挽式电源的基本形态：

jurgjsjcvvr64045052121.png

       我们可以看到输入直流电压Ui经过R1和R2分压后产生一个电压，该电压通过变压器的NB1和NB2的绕组将电压施加到开关管V1和V2的基极上。
      由于开关管Vl、V2的性能不可能绝对一致，所以，在接通电源的瞬间，R1和R2的分压向开关管Vl、V2基极注入的电流也不可能绝对平衡，流经两开关管集电极的电流也不可能完全一致。
      设I1>I2，则变压器的磁通大小与方向由V1导通电流方向决定，反馈绕组的感应电动势使V2基极的电位下降，Vl的基极电位上升，从而对V2形成负反馈，使V2的集电极电流越来越小；对Vl形成正反馈，使Vl的集电极电流越来越大。磁通的变化及感应电动势的相互作用使Vl饱和导通、V2截止。此时，磁通达到最大值，而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。
      随着反馈绕组上感应电动势为零，所以Vl的基极电位下降，Vl的集电极电流也下降，电流的变化率反向，引起磁通的变化率反向，从而导致绕组的感应电动势反向，这样引起V2的基极电位上升，Vl的电位下降，从而对Vl形成负反馈，使Vl的集电极电流越来越小；对V2形成正反馈，使V2的集电极电流越来越大。合成磁通增大，磁通的变化及感应电动势的相互作用使V2饱和导通、Vl截止，此时，磁通达到最大值，而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。
      上述两种过程不断循环，从而两个功率管的集电极形成方波电，而谐振电容器C1的存在目的就是让振荡电路按照特定的频率进行简谐振荡，在变压器T的次级，变压器的次级绕组与电容C2、负载RL组成一个谐振电路。
      在自激推挽式电路的应用中有一个非常著名的线路叫做自激推挽多谐振电路，简称Royer线路，基本原理差不多，要是有兴趣可以去了解一下。