开关稳压电路的设计与应用

在串联型晶体管稳压电路和具有放大环节的串联型稳压电路中，由于调整管（晶体管）工作在线性放大区，故称这类电路为线性串联型稳压电路，此类电路结构简单，输出纹波小，稳压性能好，但调整管工作在线性放大区，并与负载串联，流过较大的负载电流，调整管的集电极功耗相当大，电源效率较低。开关稳压电路将调整管改为开关工作方式，它主要工作在饱和导通、截止两种状态，在任一开关状态下的管耗都非常小，因而稳压电源的效率可提高到80%～90%。

一种开关式串联型稳压电路的设计方案如图10-11所示。图中U_I是整流滤波后的输入电压。它的调整管VT同样串联在负载电流通路内，基极由电压比较器控制，比较器输出的两个电压状态分别对应于VT的饱和或截止两种状态，即VT工作在开关状态。利用u_B控制VT的通断，把u_E变换成断续的矩形波电压，再经过LC滤波器，输出平滑的直流电压U_O。

图10-11 开关电源原理图(www.xing528.com)

电路的工作过程为：当u_B为高电平时，VT饱和导通，U_I经过VT对电容C充电，同时向R_L供电；当u_B为低电平时，VT截止，C开始向R_L放电。当VT导通时c-e间电阻很小，C的充电会产生非常大的冲击电流，因此引入LC滤波器。二极管VD称为续流二极管，它在VT截止时为L产生的自感电动势提供电流通路，使L中存储的能量通过R_L和VD释放，使负载中仍然有电流。LC电路的滤波和VD的续流作用，能使电路输出较为平滑的u_O。

为了使电路稳定地工作，通过R₁、R₂从输出电压中取出反馈电压U_f，经比较放大器构成负反馈闭环系统。假设正常情况下U_O为设定值U_OS，令U_f=U_R，比较放大电路输出电压为零，比较器输出矩形波的占空比为50%。若U_I增大使U_O＞U_OS，则U_f＞U_R，比较放大电路输出为负，通过比较器，使矩形波u_B的占空比小于50%，占空比下降则使输出电压平均值U_O下降，从而恢复到U_OS。同理，当U_I减小使U_O＜U_OS时，U_f＜U_R，比较放大电路输出为正，通过比较器使U_B的占空比大于50%，从而使U_O升到设定值U_OS。

开关式串联型稳压电路的最佳开关频率f_T为10～100kHz。提高f_T，可使滤波元件L和C之值减小，稳压电源的尺寸、重量和成本都降低，但同时会使调整管的功耗增大，效率降低。