自激式开关电源工作原理

开关电源分析

前面说了反激式开关电源，有同学后台留言希望有用实例来讲一下自激式开关电源的工作流程，那我们就以一款简单的自激式开关电源来进行讲解。   
下图为自激式开关电源原理图：

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从上图中，我们可以看到该电路采用传统的自激振荡PWM控制方式，振荡电路由功率开关管Q1、启动电阻R1、正反馈电阻R3、电容C3与C4和高频变压器TR1等组成。输入电压为220Vac，FU1为线路熔断器，C1为输入滤波电容。整流滤波后的直流高压Ui通过R1为开关管Q1提供基极电流，同时经TR1的绕组一次绕组连接到晶体管Q1的集电极。
我们知道自激振荡型PWM控制方式的原理就是通过启动电阻启动，利用高频变压器的正反馈绕组实现功率开关晶体管的饱和导通，利用晶体管的退饱和特性实现功率开关晶体管的关断；线路通过控制功率开关晶体管基极电流大小实现脉冲宽度调制。
输入整流滤波电压通过启动电阻R1为开关管Q1提供基极电流，使Q1导通，其电流的路径为：Ui→NP→Q1的CE极→R5→输入地。高频变压器TR1的初级绕组NP产生感应电压，极性为上“+”下“-”，TR1的反馈绕组NF上的感应电压也为上“+”下“-”。反馈绕组的正电压通过C3、R3加到Q1的基极，使Q1基极电流增大，Q1的集电极电流也相应增大，从而产生强烈的正反馈，使Q1迅速饱和。此时输入电压Ui全部加在NP上。
Q1饱和导通后，流过NP的电流呈线性增长。Q2的基极由R4连接到Q1的发射极，当Q1刚饱和时，Q2的CE两端压降小于0.6V，开关管处于为截止状态；随着电流的增长，R5上的压降增加，Q2基极电压上升，当Q2基极电压上升到0.6V后，Q2开始导通，随着Q2基极电压的上升，Q2的集电极电流不断增大，Q2对Q1基极电流的分流增大，使Q1基极电流减小，而此时电流还在持续增加，直到Q1基极不足以维持饱和状态，从而退出饱和区，进入放大区。
Q1进入放大区后，变压器TR1的初级绕组NP电压减小，则反馈绕组NF的电压也减小，通过C3、R3反馈到Q1基极，促使高频变压器TR1的初级绕组NP产生上“-”下“+”反电动势，在反馈绕组NF上也感应出上“-”下“+”的电压，该电压也通过C3、R3耦合到Q1基极，使基极变为负值，从而产生强烈的正反馈，使Q1迅速截止。
我们知道Q1导通时间ton主要受两个方面的影响，一个是变压器磁饱和过程和我们的反馈振荡机制，从上图中，我们可以看到主要与直流输入电压Ui、初级绕组NP的电感量和Q1饱和时集电极电流的最大值有关。Q1截止时间toff主要由C3、R3、R4时间常数确定。Q1刚导通时，C3上的电压约为零，Q1导通时间内，反馈绕组NF感应的电压通过R3对C3充电，电压方向为右正左负。充电路径为：TR1的NF→C3→R3→Q1的BE极→R5→输入地→C4→NF。当Q1由饱和到截止时，反馈绕组NF感应出上“-”下“+”的电压，通过C3耦合到Q1基极，使Q1的基极电压产生负跳变。同时C3开始放电，放电主要路径为：NF→C4→输入接地端→R5→R4→Q2的BC极→R3→C3→NF。直到R1加在Q1基极上的电压重新达到正偏0.6V时，使Q1再一次的导通。这样循环往复，就形成了开关电源的自激振荡过程。
Q1截止瞬间，C2电流突变为零，TR1的初级绕组NP电感的能量（以磁场能量形式存储在变压器磁心中）不能突变，此时，初级绕组的能量转移到次级绕组NS中，次级绕组NS感应出上“+”下“-”的感应电压，使二极管D4导通，从而产生次级电流，使能量从初级传输到次级，输出给负载。