開(kāi)關(guān)模式電源又稱交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過(guò)不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開(kāi)關(guān)電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設(shè)備，例如個(gè)人電腦，而開(kāi)關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。本文介紹了由LM324組成的開(kāi)關(guān)電源方案。
電路設(shè)計(jì)
常用的串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源，由于調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，功耗大、效率低。特別在大功率電源時(shí)，設(shè)計(jì)更復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)整管發(fā)熱嚴(yán)重，需加裝很大的散熱器或其它散熱裝置。并且，大功率三極管放大倍數(shù)較低，當(dāng)要求電源提供數(shù)十安培電流時(shí)，所需驅(qū)動(dòng)電流就得幾安培。因此，在制作大功率直流電源時(shí)，宜采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，效率高，功耗小，可省去龐大的散熱裝置，減小電源的體積。近年來(lái)，功率VMOS管常用作電源開(kāi)關(guān)管，它是一種電壓控制元件，幾乎不需要驅(qū)動(dòng)電流，電路設(shè)計(jì)較為方便。這里介紹的是采用一塊四運(yùn)放LM324做的開(kāi)關(guān)電源，其輸出電壓在0-40V之間連續(xù)可調(diào)，輸出電流可達(dá)30A。使用效果令人滿意，原理框圖如圖1所示。
圖1 開(kāi)關(guān)電源原理框圖
本電路包括基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路(脈寬調(diào)制器)、三角波發(fā)生電路、光電耦合電路、取樣電路等部分組成。當(dāng)基準(zhǔn)電壓確定后，比較放大器A3將取樣電壓Vf與基準(zhǔn)電壓Vz比較放大，得到一個(gè)按輸出電壓V0規(guī)律變化的直流電壓信號(hào)V1加到脈寬調(diào)制器A4的同相輸入端，三角波發(fā)生器所輸出的三角波電壓V2加到A4 的反相輸人端，使A4輸出脈寬受控于同相輸入端的直流電壓。在三角波上升后，當(dāng)V1大于V2時(shí)，A4輸出高電平，通過(guò)光耦合使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，當(dāng)V1〈 V2時(shí)，A4輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止，在三角波下降后，當(dāng)V1〈 V2時(shí)， 開(kāi)關(guān)管又導(dǎo)通。不難理解，A4輸出的脈沖寬度受控于V1，而頻率只取決于三角波的頻率。本電源的工作過(guò)程為：V0 上升， V1下降，A4脈沖變窄，V0下降;反之^V0下降， V上升，A4脈沖變寬，V0 上升。工作波形如圖2所示(VD為續(xù)流二極管兩端電壓)。
圖2 開(kāi)關(guān)電源工作波形圖
圖3 開(kāi)關(guān)電源實(shí)際電路圖
實(shí)際電路如圖3所示，比較器A1、電阻R1~ R7、電容C1和雙向穩(wěn)壓管組成方波發(fā)生器，其振蕩頻率主要取決于C1、R2、R5、R6，f=1/2R2C1Cn(1 + 2/R6/R5)，VD1用來(lái)穩(wěn)定輸出幅度。運(yùn)放A2、R8、R9、R10組成積分器，它可將A1輸出的方波轉(zhuǎn)換成線性良好的三角波。運(yùn)放A3、VD3、RP、R12、R13、R14、R15組成比較放大器。A4為脈寬調(diào)制器。VT2、VT3組成過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)輸出電流增大到一定值時(shí)，電阻R19上的壓降使三極管VT2導(dǎo)通，從而使VT3導(dǎo)通，將加在光耦合上的脈沖信號(hào)接地，開(kāi)關(guān)管截止，開(kāi)關(guān)管得到保護(hù)。
小結(jié)
目前開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設(shè)備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED燈帶，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
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