電子技術基礎與技能4.2開關穩(wěn)壓電源【實踐導入】：三極管開關特性實驗4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源圖4--2-1三極管開關特性演示實驗原理圖【實驗步驟】4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源（1）按圖4-2-1所示電路原理圖將電路連接好，VCC接入+5V直流電源。（2）將開關撥動到下端，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況；（3）將開關撥動到上端，再次觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況；（4）多次重復步驟（2）（3），同時觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。【實驗現(xiàn)象】開關撥到下端時，LED不亮；當開關撥到上端時，LED點亮。【實驗結論】開關撥到下端時，三極管截止；當開關撥到上端時，三極管飽和；三極管工作在截止與飽和狀態(tài)時，對應于一個開關斷開和接通，三極管的這種特性叫開關特性。一、時間比率控制4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源三極管交替工作與截止區(qū)與飽和區(qū)時相當于一個電子開關，可以用一個占空比為50%的矩形脈沖信號輸入到三極管的輸入端，如圖4-2-2所示，此時三極管的開關狀態(tài)受控于脈沖信號的高低電平，若對其輸出進行分析，并改變脈沖的占空比，我們發(fā)現(xiàn)，在一定周期內，輸出端信號的平均值隨著開關接通的時間的變化而發(fā)生改變，即改變脈沖的占空比可以改變其平均值，這一方法稱為“時間比率控制”（TimeRatioControl，TRC）。TRC的控制方式有三種：①脈沖寬度調制（PWM）；②脈沖頻率調制（PFM）；③混合調制。時間比率控制4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源圖4--2-3

PWM示意圖圖4--2-4

PFM示意圖二、開關穩(wěn)壓電源4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源（1）開關穩(wěn)壓電源的基本組成及原理。開關穩(wěn)壓電源就是采用功率半導體元器件作為開關，通過控制開關的通斷時間比來調整輸出電壓的穩(wěn)壓電源。在實際的應用中，脈寬調制式使用得較多，在目前開發(fā)和使用的開關電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調制型。雖然開關穩(wěn)壓電源的類型較多，電路組成也較復雜，但它們的基本原理是一樣的，一般都由圖4-2-5所示的一些功能電路為主構成。圖4--2-5常見脈沖寬度調制（PFM）開關電源的基本結構框圖二、開關穩(wěn)壓電源4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源（1）開關穩(wěn)壓電源的基本組成及原理。整流、濾波后的不穩(wěn)定電壓UI一般作為輸入電壓提供給開關電路。高頻變換器對輸入電壓UI進行開關振蕩，產生的開關脈沖電壓送到后級整流及濾波器。整流及濾波器對前級送來的開關脈沖進行整流和濾波，產生穩(wěn)定的直流輸出電壓。反饋控制電路對輸出電壓UO進行取樣，得到的誤差電壓對高頻變換器進行負反饋控制，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。圖4-2-6脈沖寬度調制（PFM）開關電源的波形圖二、開關穩(wěn)壓電源4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源

二、開關穩(wěn)壓電源4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動1：脈寬調制型開關穩(wěn)壓電源（2）開關穩(wěn)壓電源的特點。①功耗小，效率高。②體積小，重量輕。③穩(wěn)壓范圍寬，線性調整率高。④電路形式靈活多樣。⑤開關穩(wěn)壓電源的主要缺點是存在較為嚴重的開關干擾。一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品集成脈寬調制器主要用于各種脈寬調制場合，在開關穩(wěn)壓電源中，也稱為開關電源控制器，加上調整管以及其他輔助外圍電路便可方便地構成開關穩(wěn)壓電源。1）UC3844UC3844是一種高性能的單端輸出的電流控制型脈寬調制器芯片，由TI、ST等公司生產。與控制脈寬調制開關電源的總電壓相比，開關電源組成的集成電路，具有外圍電路簡單等優(yōu)點，同時電壓調整率好，良好的頻率響應特性，穩(wěn)定幅度大等等。還具有過電流限制，過電壓保護和欠壓鎖定等優(yōu)點。UC3844是一款高性能固定頻率的電流控制式集成脈寬調制器，專為離線和DC-DC變換器應用而設計，為設計開發(fā)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案，其輸出可直接驅動功率MOSFET器件。同時具有16V（開啟電壓）和10伏（關閉電壓）低壓鎖定門限，十分適合于離線變換器。一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品圖4-2-7（a）UC3844外形圖圖4-2-7（b）UC3844引腳排列示意圖一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品管腳功能說明8-管腳14-管腳11補償該管腳為誤差放大輸出，并可用于環(huán)路補償。23電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個電阻分壓器連至開關電源輸出。35電流取樣一個正比于電感器電流的電壓接到這個輸入，脈寬調制器使用此信息中止輸出開關的導通。47通過將電阻RT連至VREF并將電容CT連至地，使得振蕩器頻率和最大輸出占空比可調、工作頻率可達1.0MHz。5-地該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對8管腳封裝而言）610輸出該輸出直接驅動功率MOSFET的柵極，高達1.0A的峰值電流由此管腳拉和灌，輸出開關頻率為振蕩器頻率的一半。712VCC該管腳是控制集成電路的正電源。814VREF該管腳為參考輸出，它經電阻RT向電容CT提供充電電流。-8電源地該管腳是一個接回到電源的分離電源地返回端（僅對14管腳封裝而言），用于減少控制電路中開關瞬態(tài)噪聲的影響。-11VC輸出高態(tài)（VOH）由加到此管腳的電壓設定（僅對14管腳封裝而言），通過分離的電源連接，可以減小控制電路中開關瞬態(tài)噪聲的影響。-9地該管腳是控制電路地返回端（僅對14管腳封裝而言），并被接回電源地。-2,4,6,13NC無連接（僅對14管腳封裝而言），這些管腳沒有內部連接。UC3844的引腳功能一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品2）SG3525SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅動為推拉輸出形式，增加了驅動能力；內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調，同時能限制最大占空比。它采用了DIP16封裝，其引腳功能如圖所示。一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品2）SG3525其內部的結構框圖如圖所示。它的內部包括誤差放大器、鎖存器、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品2）SG3525SG3525主要部分的功能如下：①振蕩發(fā)生器振蕩發(fā)生器由管腳3、4、5、6、7組成，4腳將會看到振蕩輸出波形。6腳和5腳對地外接一個電阻和電容，其阻值和容量決定了振蕩器的振蕩頻率。如在管腳5和7之間跨接一個電阻，該電阻將決定脈沖調制器的死區(qū)時間（死區(qū)是防止推挽電路出現(xiàn)短路）。②誤差放大器由管腳1、2、9構成，實際上是一個運算放大器，在使用時可按同相比例放大器來設計，誤差放大倍率由外界電阻元件決定。誤差放大器的輸出電壓范圍在0.9到3V之間，與脈沖寬度成線性關系。③脈寬調制器（PWM）鋸齒波和直流電平：振蕩器輸出的充放電波形和誤差放大器輸出的直流電平；一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品2）SG3525比較器輸出波形：當鋸齒波電壓大于直流電平時輸出高電平，否則為低電平，頻率與振蕩器的頻率相同；T觸發(fā)器的輸出波形：實際是振蕩器的二分頻；輸出A、B：四輸入或非門邏輯輸出，脈沖寬度與與誤差放大器輸出的直流電平成正比。④軟啟動與關斷控制由8、10腳控制實現(xiàn)。實際電路中，當電流過大時，使SG3525瞬間停止震蕩，降低有效電流，防止負載過流而損壞。⑤脈寬調制推挽輸出SG3525與具有懸浮通道的功率管IR2110配合使用可以產生交變的脈沖電壓信號。一、集成脈寬調制器4.2開關穩(wěn)壓電源教學活動2：集成脈寬調制器的典型產品2）SG3525SG3525具有如下特點：(1)工作電壓