时间：2013-11-29 分类：电力
摘要：本文设计和分析了一种开关稳压电源的基本原理，介绍了它的电路结构及稳压过程。以功率因数控制芯片SG3561A为核心，具有调压范围宽、输出电流大、稳压精度高、控制性能优良的特点。采用高频开关稳压，调整管是断续地工作在导通和截止状态。其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。
关键词：开关，稳压，功率因数校正
1.开关稳压电源
1.1开关稳压电源概述
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。其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。
1.1.1开关稳压电源的工作原理
开关稳压电源是由全波整流器，开关管，触发信号，续流二极管，储能电感
和滤波电容组成。实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。
逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电瓶或电池组成的备用电源中。 直流变换器，它是把直流转换成交流的装置，这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电
压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。
1.1.2开关稳压电源的优点
(1)功耗小，效率高。(2)体积小，重量轻。 (3)稳压范围宽。 (4)滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。 (5)电路形式灵活多样。
开关电源是一个重要的电磁干扰源，所以减少和抑制开关电源的电磁发射成为3C认证中的关键，也是开关电源设计中的重要课题。开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变，从而产生强大的电磁干扰。滤波是压缩干扰频谱的基本手段，抗EMI滤波器是EMC技术的基础元器件之一。在开关电源的滤波器设计中，磁性元件：电感的材料选取及电感取值的设定，对于开关电源的电磁兼容设计至关重要。
1.1.3开关稳压电源的缺点
开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，开关管产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。
1.2开关电源的分类
1.2.1按不同方式划分
(1)按激励方式划分：他激式和自激式。
(2)按调制方式划分： 脉宽调制型，频率调制型和混合调制型。
(3)按开关管电流的工作方式划分;开关型和谐振型。
(4)按开关晶体管的类型划分：晶体管型和可控硅型。
(5)按储能电感与负载的连接方式划分： 串联型和并联型。
(6)按晶体管的连接的连接方式划分;单端式，推挽式，半桥式和全桥式。
(7)按输入与输出的电压大小划分：升压式和降压式。
(8)按工作方式划分：可控整流型，斩波型和 隔离型。
(9)按电路结构划分：散件式和集成电路式。
1.2.2开关电源还可以分为软开关和硬开关：
硬开关是采用脉宽调制方式控制电子开关的开关变换器，开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关。由于硬开关关断和开通时，开关上同时存在电压和电流，损耗比较大，但比串联电阻变换方法损耗小得多。这就是开关电源的优点之一。
软开关是用控制方法使电子开关在其两端电压为零是导通电流，或使电流过电子开关电流零时关断。
1.2.3功率因数校正
提高AC-DC(高频开关整流电源)开关电源的输入端功率因数，可用有源或无源功率因数校正(PFC)技术。无源校正技术简单，即应用LC滤波网络，可以满足IEC1000-3-2标准，功率因数可以达到0.92以上，只不过滤波网络体积重量较大。有源校正技术是在输入整流和 DC-DC功率变换之间加一级有源功率因数校正(APFC)电路，实际上也是一种DC-DC变换器，利用控制电路(现在有专用集成控制芯片)，使输入端电流波形接近正弦并保持与电压同相， 从而使输入端功率团数接近于1，电路成本约增加 20%。下面主要对有源功率因数校正技术进行分析。
2.功率因数
2.1 功率因数校正技术的定义
有源高功率因数开关型稳压电源采用以有源功率因数控制IC为中心的AC/DC前置变换器，不仅可得到高度稳定的直流电压，而且可有效地抑制谐波含量，大大地改善开关稳压电源的功率因数，使之达到接近1的水平。
功率因数(PF)的定义：功率因数可以定义为输入电流失真系数( )与相移因数( )的乘积。可见功率因数(PF)由电流失真系数( )和基波电压、基波电流相移因数( )决定。 低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。同时， 值低，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。#p#分页标题#e#
2.2 有源功率因数校正方法分类
校正方法一般有降压式、升降压式、反激式、升压式几种，其中升压式应用最为广泛。有源高功率因数开关稳压电源通常应用于电子镇流器。过去电子镇流器采用简单的桥式整流滤波电路，从工频市电获得直流电压存在两个弊端：一是电流谐波含量过高，功率因数很低。特别是多灯集中供电线路某一点时，高次谐波的危害作用会更突出表现出来;二是直流电压随交流输入电压的波动而变化。因为电子镇流器具有低压启动功能，当交流电压升至或超过额定值是，LC启动电路的串联谐振电压比低压下要高得多，所以在灯启动的瞬间，易导致元件的击穿。
有源高功率因数开关型稳压电源的核心是功率因数控制IC。这种专用线性IC称为功率因数控制器。具有这种功能的经济型产品有TDA4817，MC34261、KA7514、UC3852和SG3561A等。这几种有源功率因数控制器均系8脚塑料封状经济型有源功率因数控制器一般由误差放大器，象限乘法器，PWM比较器，电力检测逻辑和图腾柱(推拉式)驱动输出级等单元电路所组成，并不含有振荡器等电路。其中MC34261、KA7514和SG3561A不仅内部电路组成几乎完全相同，而且引脚功能也是相同的。
桥式整流电路与滤波电容C6之间，由IC、升压电感L、VD5、MOS场效应开关管VT和快速恢复二极管VD6组成有源功率因数校正电路。在电路中IC的乘法信号输入脚监控整流正弦半波直流脉动电压，输出的直流电压经R8、R9分压被IC误差放大反相输入脚监控，经过L的电流通过其副绕组取样让IC电流过零点检测信号输入脚检测，能灵敏反映VT开关电流情况的在源极电阻R6上的电压信号也被IC电流检测比较信号输入脚监测。由于IC的控制作用，通过L的高频电流IL紧跟踪输入电压Vin而变化。输入电流Iin呈平滑的正弦曲线，任一时刻的幅值恰为电感L中振荡电流IL的一半。由于啊导通持续时间受IC脉宽调制信号输出脚输出的PWM脉冲受控制，故当输入电压变化时，可输出稳定的直流电压。其纹波峰-峰值很小，也呈正弦波，频率为工频的二倍。由于MOS的导通持续时间与输出直流电压和输入电压之间的差值有关，所以要求直流输出电压必须高于最大峰值输入电压。因此这种类型的开关稳压电源被称为升压式开关稳压电源。
参考文献
1、杨帮文《实用电源电路集锦》 电子工业出版社
2、王水平 付敏江《开关稳压电源概述》
3、吴荣海《新手之Protel设计流程》
