一種高精度的自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

圖2 自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源原理圖

　　圖2 中光耦器件PC817 ，TL431 及框中自激電路組成了本電源的控制電路。R16 、R17是取樣電阻，TL431 為可調(diào)試精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，通過改變電阻R16和R17的分壓值，可小范圍改變輸出電壓值。R15和C20為TL431 的頻率補(bǔ)償電路，可以提高TL43l 的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。關(guān)于反饋回路的設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是確定R13 、R14的阻值及選定合適的光耦合器件，首先要選定線性度好的光耦合器件，因?yàn)檫@樣可以把輸出線性的反應(yīng)到自激電路，可以由自激電路產(chǎn)生線性變化的脈沖，從而線性的反比例控制開關(guān)管的截止與導(dǎo)通。而目前國內(nèi)常用的4N25 系列光耦屬于非線性光耦合器，不宜采用。其次要注意光耦合器件的CTR(電流傳輸比)值。使用光電耦合器主要是為了提供隔離，同時(shí)又能將輸出的變化線性的反應(yīng)在自激控制電路中，容易線性的控制開關(guān)管的占空比。光耦合器的CTR 的允許范圍是50 %～200 %，這是因?yàn)楫?dāng)CTR50 %時(shí)，光耦中的輸入級就需要較大的工作電流，這會增大光耦的功耗。若CTR>200 %，在啟動電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能影響正常輸出。PC817 的CTR 線性范圍為80 %～160 %，能夠較好地滿足反饋回路的設(shè)計(jì)要求。確定好光耦后，就要確定R13 、R14 ，需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。R13為PC817的外部限流電阻。實(shí)際上除了限流保護(hù)作用外，它對控制回路的增益也具有重要影響。當(dāng)R13改變時(shí)，會影響到光耦的輸入電流，然后影響光耦的輸出電流，進(jìn)而影響開關(guān)管的占空比，也就相當(dāng)于改變了控制回路的電流放大倍數(shù)。此電路中R13取100 Ω，在光耦輸入端和R13上并聯(lián)R14是為了在光耦輸入電流接近于0時(shí)，為了保證TL431 陰極不低于1 mA的工作電流而設(shè)置的。

　　2 .2 電源反饋電路原理

　　圖2 中方框圖是自激電路，是本論文的核心，是電源的脈沖生成及控制部分。三極管工作于開關(guān)狀態(tài)，開通與截止的時(shí)間受PC817 輸出端電流和取樣電阻R7的影響。用示波器可觀察到圖2 方框圖中穩(wěn)壓管，三極管，取樣電阻都工作于矩形脈沖下。下面簡要分析一下反饋回路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的工作過程。當(dāng)輸出電壓Uo發(fā)生波動時(shí)，通過取樣電阻R16 、R17分壓后，就使TL431 上的光耦輸入電流If產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而使PC817 中輸出電流Ic改變，Ic的改變使三極管基極的電流Ib改變，進(jìn)而改變了基極電壓Ub ，改變了三極管的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變了開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，即占空比D，使Uo產(chǎn)生了相反的變化，以保持Uo的穩(wěn)定。上述穩(wěn)壓過程可歸納為:Uo ↑→If ↑→Ic ↑→Ib ↑→Ub ↑→D↓→Uo ↓。如此一個循環(huán)后Uo下降，使電源達(dá)到穩(wěn)定。