黄鹃飞，王 琦

（江西信息应用职业技术学院，江西 南昌 330043）

恒流激励型开关电源

黄鹃飞，王 琦

（江西信息应用职业技术学院，江西 南昌 330043）

该开关电源是采用自激式恒流电路来驱动、运行可靠、使用方便、安全系数高。和常规型自激振荡的区别在于电压调节不使用分流调整管，因此大大提高了开关电源的调节范围，并且输出电压基本不受输入电压的波动而波动。常规型自激振荡的开关电源输入电压必须保持在170~240V之间，如果电压过低或过高都可能造成电源故障，甚至烧坏开关管。而采用恒流激励型的开关电源输入电压只需维持在80~300V之间都能让开关电源输出正常。

开关电源；恒流激励；自激振荡；开关管

在上个世纪中期，由于晶体管的大规模使用第一代非线性开关电源的出现，使得直流线性稳压电源（参数稳压电源和反馈稳压电源）和利用晶闸管稳压的相控电源逐渐退出历史舞台，在这半个多世纪以来，电子技术的飞速发展使得开关电源技术有了本质的改善，经历了三个重要的发展阶段：①大功率半导体元件；②高频半导体元件；③软开关技术。这三个阶段先使得大功率开关管从双极性器件发展到MOS型器件，使得开关管不但具有输出功率大并具有开关速度开的特点，这使得开关电源能实现高频化迈出了重要一步。利用MOS型开关管不但可以降低开关器件的导通损耗，也能使得电源变压器体积更小大大降低了使用成本。再通过软开关技术和集成电子模块的出现使得功率变换器性能更好，安全性更高，尺寸更小，成本更低。

1 开关电源基本工作原理

随着功率开关晶体管的出现，开关电源开始取代线性稳压电源。把线性调整状态变为非线性调整状态，通过控制功率开关管的导通和截止状态从而改变功率开关管的占空比来实现调整和稳定输出电压的目的。

（1）第一代常规型开关稳压电源的组成一般包括：交流输入整流滤波电路、直流变换电路、占空比控制电路、电源输出电路和保护电路组成。

（2）开关电源特点：①重量轻：相对于线性稳压电源而言开关电源使用的电源变压器大大减少，使得硅钢片和漆包线的使用也减少很多。所以一般同功率的开关电源重量只有直流线性电源的20%，变压器体积也大大缩小。②效率高：开关电源的功率开关管受到脉冲信号的作用下，使得其工作在饱和导通和截止两个状态之间切换。因为功率开关管在饱和和截止时的导通损耗最少。这就大大减少了直流线性稳压电源直流损耗严重的问题。一般的开关电源效率大多都在80%左右，高速开关电源可以在90%左右，甚至有些高频开关电源加入了有源功率因数校正电路以后可以达到99%以上。③功耗小：由于开关稳压电源使用的变压器数目较少并且功率开关管的开关速度非常快，一般开关频率都在10kHz以上。这不仅使得电路中的滤波元件的参数能大范围减小，降低无功功率；而且由于功率开关管工作在放大区的时间非常少，使得晶体管直流损耗非常低发热情况大大改善。④稳压范围宽：在直流线性稳压电源中对输入电压的要求比较严格，必须保证输入电压能使调整管工作在放大区，也就意味着输入电压必须是一个幅值变化在很小范围内的一个近似直流电。而一般的开关电源具有比较强大的稳压和调压能力因此对输入电压的要求并不太严格，一般交流输入电压在150～260V之间都能正常工作。甚至在本文讨论的恒流激励型开关电源对输入的电压适应范围更宽可以达到100～300V左右变化，都能使输出电压稳定。⑤安全可靠：在开关电源电路中加入了各种各样的保护电路，所以当电源电路出现故障时都能比较好的进行断电保护，从而保证其功能的可靠。并且由于开关电源晶体管发热情况较低，电路中不需加入大面积的散热器，元件不容易因为长期工作在高温环境中而出现故障损坏，也能使开关电源的整机稳定性和可靠性大大提高。

（3）自激型开关稳压电源工作原理。如图1，所示输入电压Ui为一近似直流电压经开关器件S送至输出端。其中V是一个受脉冲信号控制的开关管。若使开关S按一定要求改变其导通或关断时间，就能使输出电压由一个近似直流信号变成一个矩形脉冲电压。把这个矩形 脉冲电压通过一次滤波电路进行平滑就可以得到一个稳定的直流电压Uo。

图1 开关电源工作原理

并且Uo＝Ui×δ公式中δ为占空比。开关电源一般是利用反馈信号来控制晶体功率管的导通与截止时间，也就是“时间控制法”。

常规型开关电源是通过在功率开关晶体管的基极加入RC振荡回路。通过电容的充放电来改变基极电位使开关管产生自激振荡。同时又加入一个分流调整管，通过采样电路对输出电压进行采样，把这个采样电压通过分流调整管反馈回开关管，并影响开关管基极电流，通过改变开关管基极电流的大小来改变占空比，从而实现稳压的目的。但是由于振荡电路中的电压是直接由变压器感应而来，也就是说这个电压直接受到输入电压的大小而影响，这样的电路设计决定了该电路对输入电压的范围有了较大的要求，使得稳压范围相对变

窄。

2 恒流激励型开关电源

图2 系统基本框图

（1）电路组成。系统基本方案如图2所示。管基极电位，使得开关管产生自激振荡。④恒流激励电路。C2、C3、R4、R5、R6、R7、T1、D1 构成恒流激励电路。其中 C2 为电解电容，容量较大，一般为几百微法到一千微法。通过变压器的电感效应把主电流回路中的电能对C2进行充电。因为C2容量较大，可以把该电容看成一个恒压源对开关管供电。

（2）基本原理。该电路中的开关管主要是通过电容C2来提供基极电压。由于电容中的电压是不能突变的，而且该电容又足够大，使得开关管的基极电位相对稳定。当T1导通时，电阻R6电压应该为 Uc1-Uce1-Ube2=(Uc-1)V通过该等式发现电阻R6上的电压是稳定的，也就意味着流过VT1的电流是稳定的，那么VT2的基极电流也是稳定的。那么我们不难发现VT2的基极电流时由电容C2上的充电电压决定而与输入电压无关。

①主电流回路。输入电压Ui、R1、变压器初级绕组，开关管T2构成开关电源主电流回路。开关管对输入电压Ui进行DC/DC变换，并通过变压器把电能传递给负载。②启动电路。R1、R2构成启动电路。启动电路的作用是为开关管提供启动电压，将开关管打开。T2的基极电流 Ib=Ui/R1+R2。③自激振荡的正反馈电路。为了提高变压器功率加入正反馈电路，并且加入R3、C1形成RC振荡电路，通过电容C的充放电而改变开关

3 结语

恒流激励型开关电源克服了常规型开关电源输出电压调节范围窄的缺点，输出电压受输入电压Ui的影响很少。开关管的基极电流大小主要是由电容的容量和充电电压决定。这也使得该电路对输入电压的要求不是很严格，输入电压在70～300V之间都能保证输出电压稳定。

黄鹃飞（1976-），男，讲师，主要研究方向：电子技术工程。