中心議題：

• 開關式交流穩壓電路組成及工作原理
• 開關式交流穩壓電路設計分析

解決方案：

• 可控正弦波產生電路
• 脈衝寬度調製器
• 高速電子開關
• 專用微處理器

目前，空間技術

、計算機
、通信、雷達及家電中的電源逐漸被開關電源所取代。現在一般應用的串聯調整穩壓電源是連續控製的線性穩壓電源。這種傳統的串聯穩壓器、調整管總是工作在放大區，流過的電流是連續的

，這種穩壓器的缺點是承受過載和短路的能力差

，效率低，一般隻有35％～60％。由(you)於(yu)調(tiao)整(zheng)管(guan)要(yao)損(sun)耗(hao)較(jiao)大(da)的(de)功(gong)率(lv)，所(suo)以(yi)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)大(da)功(gong)率(lv)調(tiao)整(zheng)管(guan)
，並(bing)裝(zhuang)有(you)體(ti)積(ji)很(hen)大(da)的(de)散(san)熱(re)器(qi)。而(er)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)調(tiao)整(zheng)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)，功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)小(xiao)，效(xiao)率(lv)可(ke)達(da)70％～95％
，穩壓器的體積小，重量輕

，調整管的功率損耗較小
，散熱器也隨之減小。此外，開關頻率工作在幾十kHz
，可用數值較小的濾波電感、電容元件，故可以大大提高允許的環境溫度。

l電路組成及工作原理

開關式交流穩壓電源電路框圖如圖1所示。工作原理描述：由三角波發生電路產生150kHz的三角波
，由低頻正弦波產生電路產生50Hz的正弦波。兩個信號分別同時送到比較器的同相和反相輸入端，在比較器的輸出端將產生矩形波。該矩形波的頻率與150kHz的三角波相同，該矩形波的脈衝寬度受50Hz正弦波實時幅度的調製後，隨50Hzzhengxianboshishifuduerbianhua，jiyitiaozhijuxingbo。jiangqisongdaogaosudianzikaiguanzhongyigeshuruduan


，bingjingguoyijifanxiangqifanxiang，songdaogaosudianzikaiguandelingwaiyigeshuruduan。


市電整流濾波獲得的1.414倍於輸入交流電壓(典型值約為311V)的直流高電壓送到高速電子開關的電源輸入端。高速電子開關的兩個輸出端由兩個反向的輸入矩形波驅動
，從約311V直流電源取得能量後，分別經過一級短時間常數的LC濾波電路連接到高頻開關變壓器的初級。該LC濾波電路的作用是使進入高頻開關變壓器初級的矩形波脈衝拐角趨於圓滑，以降低其高頻諧波。高頻開關變壓器的初
、次級還起到對市電隔離的作用，高頻開關變壓器的次級獲得交變、拐角圓滑的矩形波電壓，經過多級長時間常數的LC濾波電路，將150kHz高頻信號濾除
，還原出50Hz正弦波的調製信號。送到負載用於對負載供電。

電壓和電流取樣電路從負載上獲取電壓和電流信號

，分別送兩路A／D轉換器轉換，變成離散的數字信號。一方麵用於通過微處理器處理後進行實時顯示
；另一方麵用於通過微處理器處理後送D／A轉換器變換為模擬量
，經過光電隔離驅動電路來控製正弦波發生器的幅值，又經過比較器、反向器、高速電子開關、LC濾波
、高頻開關變壓器、多級LClvbodengdianlu
，yongyukongzhifuzaishangdianyahuodianliudewending。dianyahuganqidezuoyongshicongshidianzhonghuodedixieboshizhendebiaozhunzhengxianbo，jingyouzhengxianbochanshengdianlukongzhiqifuzhi；鍵盤用於輸入準備向負載提供的電壓或電流值。

2電路設計分析

2．1可控正弦波產生電路

可控正弦波產生電路的電路圖如圖2所示。


正弦波的來源采用直接從市電的220V／50Hz的正弦波
，利用電壓互感器變換成較低電壓的50Hz正弦波(例如5V)。該正弦波的諧波失真度取決於市電的諧波失真度和互感器的參數，其輸出幅度由D／A轉換器控製光電耦合器驅動電路實現
，D／A轉zhuan換huan器qi輸shu出chu信xin號hao控kong製zhi光guang電dian耦ou合he器qi導dao通tong程cheng度du，與yu分fen壓ya電dian阻zu分fen壓ya後hou產chan生sheng交jiao流liu和he直zhi流liu疊die加jia的de電dian壓ya，經jing電dian容rong隔ge離li直zhi流liu分fen量liang，僅jin保bao留liu交jiao流liu分fen量liang送song運yun算suan放fang大da器qi進jin行xing若ruo幹gan倍bei的de放fang大da，產chan生sheng隨suiD／A信號幅度大小而控製的純淨交流信號量。

D／A控製信號產生的原則是：根據輸出到負載上的電壓或電流配合市電的電壓幅度大小進行綜合運算，由微處理器向D／A轉換器提供通過綜合運算的數字量，使得提供給負載的輸出電壓(或電流)趨於穩定。
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2．2脈衝寬度調製器

PWM產生電路由正弦波產生電路、sanjiaobochanshengdianluhebijiaoqisangebufenzucheng。sanjiaobojiadaobijiaoqidefanxiangshuruduan，zhengxianbojiadaobijiaoqidetongxiangshuruduan
，bijiaoqishuchuduanchanshengshouzhengxianboshunshifuduerbianhuademaichongkuandutiaozhibo。

圖3是電壓型PWM比較器的工作波形，輸入三角波接在比較器的反向輸入端，可控正弦波信號送至比較器的同相輸入端，經放大後輸出PWM信號。


2．3高速電子開關

高速電子開關電路用於實現將PWM波(bo)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)
，配(pei)合(he)高(gao)頻(pin)電(dian)子(zi)變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)，可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)為(wei)受(shou)某(mou)信(xin)號(hao)參(can)數(shu)調(tiao)製(zhi)的(de)矩(ju)形(xing)波(bo)，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)為(wei)還(hai)原(yuan)出(chu)該(gai)參(can)數(shu)的(de)解(jie)調(tiao)電(dian)路(lu)。其(qi)典(dian)型(xing)電(dian)路(lu)圖(tu)如(ru)圖(tu)4所示，是PWM經反相器出來的波形。整個電路由4個場效應管構成的橋式開關電路
、高頻開關變壓器、多組LC濾波電路(圖中隻畫出一組L3，C3)組成。


高頻開關變壓器Tr還兼起市電隔離的作用。電路中，L1，C1和L2，C2組成濾波電路

，用以使輸入到高頻開關變壓器初級的矩形波拐角變成“緩變”形狀，以使流經變壓器的諧波分量減小
，降低幹擾。

經過高頻開關變壓器次級感應到的電壓通過L3，C3(實際為多級LC，如三級)的進一步濾波可以將PWM的高頻矩形波濾除
，在負載上得到被還原的原調製波的正弦波形。如圖5所示。


圖5中還原出來的調製波實際上是有一定程度的鋸齒波成分，如果用數字存儲示波器存儲波形，然後局部放大觀測可發現
，如圖5中顯示了局部放大後的鋸齒形狀
，其鋸齒程度反映了信號的失真度
，與多級LC濾波器的性能參數有關。

2．4微處理器

微處理器部分用於實現係統裝置的智能化，微處理器部分包括微處理器芯片
、鍵盤、LCD顯示器、A／D和D／A轉換器，且適合於控製的微處理器芯片往往采用單片機，而單片機基本上都包含有I／O接口電路、ROM
，RAM、定時器和中斷係統
，因此這些部件基本上都不需要擴展。

軟件部分的設計包括A／D轉換器
、D／A轉換器、LCD顯示器、鍵盤係統等功能的子程序，還包含係統監控程序和各種中斷服務程序等
，其係統監控程序流程圖如圖6所示。


zaicijieshaodekaiguanshijiaoliuwenyadianyuanshiyizhongjiaoweixianjindejiaoliudianyuanshejifangan。suizheshidaidekuaisufazhan，kaiguandianyuandejichenghuayuxiaoxinghuazhengzaibianweixianshi，muqianzhengzaiyanzhikaifakaiguanyukongzhidianlujichengyutongyixinpiandejichengmokuai。raner，bagonglvkaiguanyukongzhidianlu

，baokuofankuidianludoujichengyutongyixinpianshang，bixujiejuedianqigeliyurejueyuandewenti，zhejiangshijinhoudeyidayanjiuketi。