集成稳压开关电源电路图及系统设计 第2页
开关稳压电源的种类
现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。
(1) 按激励方式划分
他激式
电路中转设激励信号的振荡器
自激式
开关管兼作振荡器中的振荡管
(2) 按调制方式划分
脉宽调制型
振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。
频率调制型
占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。
混合调制型
通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。
(8)按工作方式划分
可控整流型
所谓可控整流型开关稳压电源，是指采用可控硅整流元件作为调整开关管，可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电。（这种供电方式在开关稳压电源刚兴起的初期常常采用，目前基本上不太采用。）在可工作的半波内，截去正弦曲线的前一部分，这一部分所占角度称为截止角，导通的正弦曲线的后一部分称为导通角。依靠调节导通角的大小，可达到调整输出电压和稳定电压的目的。
斩波型
斩波型开关稳压电源是指直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经过滤波得到与输入电压不同的稳定的直流电压，电路还从输出电压取样，经过比较、放大、控制脉冲发生电路产生的脉冲信号，用以控制调整开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率，最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护电路也是依据这一部分提供的取样信号来进行工作的。
隔离型
这种形式的开关电源是在输入回路与逆变电路之间，经过高频变压器（也可称为开关变压器），利用磁场的变化实现能量的传递，没有电流间的直接流通，隔离型开关稳压电源采用直流供电，经过开关电路，将直流电变成频率很高的交流电，再经变压器隔离、变压（升压或降压），然后经整流器整流，最后就可以得到新的、极性和数值各不相同的多组直流输出电压。电路从输出端取样，经放大后反馈至开关控制端，控制驱动电路的工作，最后达到稳定输出电压的目的。这种形式的开关稳压电源在实际稳压电源中应用最为广泛。
第二章 单片开关电源的设计要点
设计一个高性价比的开关电源，所涉及的知识面很广。设计人员不仅要掌握各种单片开关电源集成电路的工作原理和应用电路，还必须了解有关通用及特种半导体器件、模拟与数字电路、电磁兼容性、热力学等方面的知识。本章详细阐述单片开关电源的设计要点及外围关键元器件的选择。2.1单片开关电源反馈电路的4种基本类型
单片开关电源的电路可以千变万化，但其反馈电路只有4种基本类型： 1.基本反馈电路：2.改进型基本反馈电路：3.配稳压管的光耦反馈电路：4. 配TL431的光耦反馈电路。它们的 简化电路如下2-2a-d所示。
图2-2 反馈电路的4种基本类型
a.基本反馈电路 b.改进型基本反馈电路
c.配稳压管的光耦反馈电路 d.配TL431的光耦反馈电路
图a;为基本反馈电路，其优点是电路简单，成本低廉，适于制作小型化，经济型开关电源；其缺点是稳压性能较差，电压调整率Sv=+-1.5%～+-2.5%，负载调整率S1=+-55。
图b;为改进型基本反馈电路，只需增加一只稳压管VS和电阻R1，即可使负载调整率达到正负2.5%。VS的稳定电压一般为22V，必须相应增加反馈绕组的匝数，以获的较高的反馈电压Ufb，满足电路的需要。
图c;为配稳压管的光耦反馈电路。由VS提供参考电压Uz，当输出电压U0发生波动时，在光耦内部的二极管上可获得误差电压。因此，该电路相当于给TOPSwitch增加了一个外部误差放大器，再与内部误差放大器配合使用，即可对Uo进行调整。这种反馈电路能使电压调整率达到正负1% 以下。
图d;为配TL431的光耦反馈电路，其电路较复杂，但稳压性能最佳。这里用TL431型可调式精密并联稳压器来代替普通的稳压管，构成外部误差放大器，进而对Uo做精细调整，可使电压调整率和负载调整率均达到正负0.2%，能与线性稳压电源相媲美。这种反馈电路适于构成精密开关电源。
在设计单片开关电源时，应根据实际情况来选择合适的反馈电路，才能达到规定的技术指标.
2.2保护电路的分类
单片开关电源的保护电路可分为两大类。第一类是芯片内部的保护电路，例如TOPSwitch系列中的过电流保护电路、过热保护电路、关断/自动重启电路、前沿闭锁电路。第二类是外部保护电路。主要包括过电流保护装置（如熔丝管、自恢复熔丝、熔断电阻等）、电磁干扰(EMI)滤波器、启动限流保护电路、漏级钳位保护电路（或R.C.VD)吸收电路。输出过电压保护电路、输入欠电压保护电路、软启动电路、散热装置。其中，内部保护电路是由芯片厂家设计的，外部保护电路由用户自己设计。下面重点介绍输出过电压保护电路、输入欠电压保护电路和软启动电路的设计。
2.3输出过电压保护电路的设计
1.由分立式晶闸管构成的输出过电压保护电路
电路如图2-3所示。这里是用两只PNP和NPN型晶体管VT1.VT2，来构成分立式晶闸管(SCR)，其中三个电级分别为阳极A，阴极K，门级G。反馈电压Ufb经稳压管VS2和电阻R1分压后提供门级电压Ug。正常情况下Ug较低，SCR关断当二次侧出现过电压时，Uo上升导致Ufb上升Ug也上升，就触发SCR并使之导通，进而使控制端电压Uc变低，将TOPSwitch系列单片开关电源关断，起到保护作用。稳压管VS2的稳定电压与VT2的发射结电压之和等于(Uz2+Ube2)，当Ufb>Uz2+Ube2时，就进行过电压保护。
2.由双向触发二极管构成的输出过电压保护电路
双向触发二极管也称两端交流器件(DIAC)，其结构及特性如图2-4所示。它属于具有对称性的两端器件，可等效于基极开路、发射极与集电极完全对称的NPN晶体管。由于正、反伏安特性完全对称，当DIAC两端电压U小于正向转折电压Ubo时，器件为高阻状态；当U>Ubo时DIAC就导通。同理，当U超过反向转折电压Ubr时，管子也能导通。正、反向转折电压的对称性可用△Ub表示，一般要求变化的Ub=Ubo-Ubr<2V。因为双向触发二极管的结构简单，价格低廉，所以常用来构成过电压保护电路，并适合于触发双向晶闸管(TRIAC)。
图2-3由分立式SCR构成的输出过电压保护电路 图2-4 双向触发二极管的结构,符号及等效电路
a结构 b符号 c等效 d电路特性曲线
由双向触发二极管构成的输出过电压保护电路如图2-5所示，一旦输出过电压，使Ufb超过了DIAC的转折电压时，DIAC就导通，将光敏晶体管的Uce电压进行钳位，使Uc降低，TOPSwitch被关断。图中使用一只MBS4991型双向触发二极管，其正。反向转折电压均为10V，最大导通电流为2A，功耗为0.5W。R为限流电阻。
3.由稳压管构成的输出过电压保护电路
电路如图2-6所示。这里使用一只1N5231B型5.1V、20mA的 稳压管来限制输出电压值。当光敏晶体管损坏或二次绕组开路时，也能起到保护作用。1N5231B可用国产稳压管2CW340代替。
图2-5由DIAC构成的输出过电压保护电路 图2-6由稳压管构成的输出过电压保护电路
2.4接地技术
“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”
a.设备的信号接地
设备的信号接地可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点。它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。在这里介绍浮地和混合接地，另外还有单点接地和多点接地。
（1）浮地