开关稳压电源原理及特点

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摘要：随着我国半导体集成技术的飞跃发展，电子产品正朝着微小型化的方向迅速推进。微小型化的最大困难是变压器的体积和散热的困难。作者根据多年的实践经验对开关稳压电源基本原理和特点进行了深入的探讨。

关键词：开关；稳压；调整；导通；截止

【中图分类号】TN86

随着半导体集成技术的快速发展，电子产品正朝着微小型化的方向迅速推进。连续导电式稳压电源，也称线性稳压电源，有简单，纹波小，干扰小等优点；然而这种电源体积大，效率低，散热难，无法适应新的要求，这就必然要改革和创新。开关稳压电源是一种新颖的稳压电源。微小型化的最大困难是变压器的体积和散热的困难。它比连续导电式稳压电源效率高，稳压范围宽，体积小，重量轻。正是由于这一系列的优点，使得开关稳压电源获得越来越广泛的应用，尤其在航天 航空技术中，在计算机中，正在逐步取代连续导电式稳压电源。近年来，已有标准系列产品出现，开关稳压电源正在应用到工业、民用各个领域。

在介绍开关稳压电源时，先介绍一下开关。开关分两类：简单的有机械触点，闭合时，机械触点接触，电阻接近于零；断开时，机械触点断开，呈现很大电阻。这种机械开关包括钮子开关、按键开关、离合器、继电器等；还有一类是电子开关，没有机械触点的离合动作，其主要元件有晶体管、电子管、可控硅等。它们在一定条件下呈导通状态，电阻很小；在另一些条件下，呈断开状态，电阻很大。比如晶体三极管，在其基极和发射极间，加上一定的正向偏置，在它的集电极、发射极间，呈饱和导通状态，等效电阻很小；在其基极、发射极间，加零偏或反向偏置时，在它的集电极、发射极间，呈截止状态，等效电阻很大。可控硅元件亦如此：阳极、阴极间加正向电压，控制极加正向触发，使阳极、阴极间呈导通状态；两个条件缺一不可，否则不能触发导通。调整元件工作在开关状态的稳压电源，称为开关稳压电源。它是通过改变调整元件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳压的目的。

开关稳压电源与连续导电稳压电源比较，为什么会具有效率高等一系列优点呢？以串联式连续导电稳压电源为例来分析连续导电式稳压电源效率低的原因。串联式连续导电稳压电源不论调压还是稳压，都是通过改变调整管上的压降来实现的。当输入电压最低、输出电压最高时，这时调整管上的压降至少还要有3伏，当输入电压中有较大的纹波时，要以波形的最低点算，只有这样才能保证调整元件工作在线性放大状态，保证调压和稳压系统正常工作。这时若输入电压升高或输出电压减少时，要保证调压和稳压，无疑就要加大调整元件上的电压降。此时负载上的电流又全部通过调整元件，这就必然加大调整元件上的功耗。实质上连续导电式稳压电源输出电压的稳定是靠将输入功率在负载和调整元件上的分配来实现的。效率常在40℅到60℅之间。而开关稳压电源是靠改变调整元件的导通时间和截止时间的相对长短来改变输出电压的大小。导通时元件工作在饱和导通状态，管压降很小，调整管的功耗为管压降与流过电流的乘积，因此此时的功耗很小；调整元件截止时，电流很小，此时的功耗也很小；调整元件由截止变到导通和由导通变到截止的两个过渡状态，虽然电压和电流同时较大，功耗较大，但是过渡时间相对于导通时间和截止时间来说是非常短的。因此调整元件的总的功耗就很小，开关稳压电源本身的效率常能达到80～90﹪，甚至更高。在可控整流中，整流元件与调整元件合一，在某些场合，甚至可省去主电源变压器；非可控整流型开关稳压电源，还有工作频率高，滤波容易等优点，尤其是效率高，损耗小，散热容易，就必然体积小，重量轻；还因为散热容易，易于做到温升低，寿命也会长。

开关稳压电源发展迅速，种类繁多，从工作方式上，可分为可控整流型（图a），斩波型（图b）和隔离型（图c）三大类。

开关稳压电源的优点很多，但电路比较复杂，技术难度较大，常伴有一定的干扰，这是开关稳压电源的不足之处。