两种开关式电源电路

熊小刚

摘 要：开关式直流电源的输出电路处于开关状态，即间歇式工作状态。这种工作状态相对于普通的全波整流的直流电源来说具有较高的工作效率，因而在目前的许多电子电路中得到广泛应用。本文主要对两种开关式电源电路的结构及工作过程进行了介绍。

关键词：开关式；电源；电路

一、开关式正负对称直流电源

开关式直流电源的输出电路处于开关状态，即间歇式工作状态。这种工作状态相对于普通的全波整流的直流电源来说具有较高的工作效率，因而在目前的许多电子电路中得到广泛应用。由于应用广泛，因此也就有了不少专供组成开关电源的集成电路。在找不到专用集成电路的情况下，采用555集成电路来组成开关电源也是一种经济有效的办法，下面介绍一种采用NE555组成的正负对称式直流开关电源，电路组成如图1所示。

1. 电路结构与组成

电路工作原理分析本电路主要由三部分组成：工作电源部分、输出电路和开关控制电路。

工作电源部分包括桥式整流和电源滤波两部分。电路中，VDI～VD4组成桥式全波整流电路，将交流市电直接整流为高压直流电源。

2. 电路工作过程

由桥式整流电路输出的直流电源经电阻Rl降压，电感L与电容Cl、C2、C3组成的滤波电路滤波后，向输出电路和开关控制电路供电。其中Cl、C3用来滤除电源中的高频尖脉冲；C2用来使输出的直流电源变得平滑，降低电源中的纹波。电感L除用来作电源滤波外，还能阻止开关电源中的高频开关脉冲对外电源的干扰。

开关控制电路是由NE555与R2、RP、C5及VD5组成的可调式多谐振荡器，其振荡频率应调整为约20kHz。电路中，R4为振荡电路的电源降压电阻，直流电源由桥式整流电路输出后，虽然经过了Rl的降压，但电压仍然很高，通过R4的降压和DW的稳压，使振荡电路得到约12V的直流工作电压。

电阻R7接至.NE555的⑤脚与地之间，用来改变555电路内部两个电压比较器的输入端的分压比。R7的阻值较小，仅为240Ω，这就使555电路的触发电压远小于VDD/3。这样设置的目的是使振荡电路输出脉冲的幅度增大，有利于对输出电路的控制。

电路中，电位器RP的作用是调节振荡脉冲的占空比，其中主要的还是脉冲的宽度。当脉冲的宽度增大时，输出电压升高，反之则降低。

开关控制电路中还包括脉冲输出管VT1和输出短路保护管VT2。当振荡电路输出脉冲的前沿到来时，VT1导通，输出变压器T的初级线圈回路被接通，变压器T的初级有电流流过；当脉冲后沿过后，VT1截止，变压器T的初级没有电流流过。这就是开关控制电路对输出电路的控制作用。控制脉冲的宽度大，VT1的导通时间就长，变压器初级流过电流的时间也长，输出电压就高；反之输出电压就低。

VT2组成短路保护电路，当负载过重或有短路时，VT2导通，将NE555的④脚钳位于低电平，振荡电路停振，保护了输出电路。

C7、Rl0组成另一个保护电路，当变压器短时出 高峰尖脉冲时，C7、Rl0能将其吸收，这有效地防止了VT1的c-e极间被击穿，保护了脉冲输出管VT1的安全。

直流电源输出电路由输出变压器T、桥式整流电路和滤波电容等组成。输出变压器是一个带有中心抽头的次级，它的输出电压为上、下对称。由变压器T的次级输出的电压，经VD6～VD9組成的桥式整流电路整流，滤波电容C8、C9的滤波，由输出端输出。

由于开关电源输出的开关脉冲频率高达20kHz，所以输出变压器T的铁芯可采用E 14×14 （mm）的铁氧体磁芯，变压器的体积可以做得很小。

本电源最大输出电流为1.2A，电压调节范围为±20～±30V。

二、开关式电源变换电路

这是一例由高压直流电源变为低压直流电源的开关式电源变换电路。高压电源为15V的直流电源，通过变换变为9V的直流电源，以适应工作电路的需要，这种电源变换方式相比前面的变换方式具有更高的效率。

1. 电路结构与组成

电路组成如图2所示。

2. 电路工作过程

电路工作原理分析本电路组成较为简单；15v直流电源输入后，首先通过滤波电容Cl，用来消除因负载等变化造成的电压波动。

NE555与R2、C2组成多谐振荡器，产生对开关管进行控制的控制脉冲，脉冲频率约lOOkHz。电路中，Rl、DW组成一个基准电压源电路，为NE555的⑤脚提供一个稳定的基准电压，以确保振荡电路输出脉冲幅度的一致。

由电源的输出端并联一只电位器RP，作为输出电路的电压取样电路。RP的滑动点连接到NE555的触发端②脚，当输出电压发生波动时，通过取样电路将这一变化取样后加至NE555的②脚，通过②脚电压的变化，自动调整输出脉冲的宽度，使输出电压恢复稳定。

中功率开关晶体管VT （3DK4B）作为电源输出的调整管串联接在输出回路中，它受振荡电路输出脉冲的控错，按照脉冲的频率不停地开、关。当开关管导通时，有电流输出；当开关管截止时，停止电流输出。当基极所加脉冲宽度符合标准时，输出端输出标准电压；当脉冲宽度变化时，输出电压跟着变化。

振荡电路中NE555电路的输出端③脚与VT （.3DK4B）的基极间所加的C3和VD1称为加速电路，用来加速输入到3DK4B基极脉冲的状态转换（由于脉冲频率约lOOkHz；这种电路的加入是十分必要的）。

电感L、电容C4等组成输出滤波电路，将输出电流的脉冲状态变为平滑的直流电源。由于输出脉冲的频率较高，所以采电感作为滤波元件是十分必要的，在一般的开关电源电路中均采用电感作为滤波元件。