下圖為自激式開關電源原理圖:
從上圖中,我們可以看到該電路采用傳統(tǒng)的自激振蕩PWM控制方式,振蕩電路由功率開關管Q1、啟動電阻R1、正反饋電阻R3、電容C3與C4和高頻變壓器TR1等組成。輸入電壓為220Vac,FU1為線路熔斷器,C1為輸入濾波電容。整流濾波后的直流高壓Ui通過R1為開關管Q1提供基極電流,同時經TR1的繞組一次繞組連接到晶體管Q1的集電極。
我們知道自激振蕩型PWM控制方式的原理就是通過啟動電阻啟動,利用高頻變壓器的正反饋繞組實現功率開關晶體管的飽和導通,利用晶體管的退飽和特性實現功率開關晶體管的關斷;線路通過控制功率開關晶體管基極電流大小實現脈沖寬度調制。
輸入整流濾波電壓通過啟動電阻R1為開關管Q1提供基極電流,使Q1導通,其電流的路徑為:Ui→NP→Q1的CE極→R5→輸入地。高頻變壓器TR1的初級繞組NP產生感應電壓,極性為上“+”下“-”,TR1的反饋繞組NF上的感應電壓也為上“+”下“-”。反饋繞組的正電壓通過C3、R3加到Q1的基極,使Q1基極電流增大,Q1的集電極電流也相應增大,從而產生強烈的正反饋,使Q1迅速飽和。此時輸入電壓Ui全部加在NP上。
Q1飽和導通后,流過NP的電流呈線性增長。Q2的基極由R4連接到Q1的發(fā)射極,當Q1剛飽和時,Q2的CE兩端壓降小于0.6V,開關管處于為截止狀態(tài);隨著電流的增長,R5上的壓降增加,Q2基極電壓上升,當Q2基極電壓上升到0.6V后,Q2開始導通,隨著Q2基極電壓的上升,Q2的集電極電流不斷增大,Q2對Q1基極電流的分流增大,使Q1基極電流減小,而此時電流還在持續(xù)增加,直到Q1基極不足以維持飽和狀態(tài),從而退出飽和區(qū),進入放大區(qū)。
Q1進入放大區(qū)后,變壓器TR1的初級繞組NP電壓減小,則反饋繞組NF的電壓也減小,通過C3、R3反饋到Q1基極,促使高頻變壓器TR1的初級繞組NP產生上“-”下“+”反電動勢,在反饋繞組NF上也感應出上“-”下“+”的電壓,該電壓也通過C3、R3耦合到Q1基極,使基極變?yōu)樨撝?,從而產生強烈的正反饋,使Q1迅速截止。
我們知道Q1導通時間ton主要受兩個方面的影響,一個是變壓器磁飽和過程和我們的反饋振蕩機制,從上圖中,我們可以看到主要與直流輸入電壓Ui、初級繞組NP的電感量和Q1飽和時集電極電流的最大值有關。Q1截止時間toff主要由C3、R3、R4時間常數確定。Q1剛導通時,C3上的電壓約為零,Q1導通時間內,反饋繞組NF感應的電壓通過R3對C3充電,電壓方向為右正左負。充電路徑為:TR1的NF→C3→R3→Q1的BE極→R5→輸入地→C4→NF。當Q1由飽和到截止時,反饋繞組NF感應出上“-”下“+”的電壓,通過C3耦合到Q1基極,使Q1的基極電壓產生負跳變。同時C3開始放電,放電主要路徑為:NF→C4→輸入接地端→R5→R4→Q2的BC極→R3→C3→NF。直到R1加在Q1基極上的電壓重新達到正偏0.6V時,使Q1再一次的導通。這樣循環(huán)往復,就形成了開關電源的自激振蕩過程。
Q1截止瞬間,C2電流突變?yōu)榱?,TR1的初級繞組NP電感的能量(以磁場能量形式存儲在變壓器磁心中)不能突變,此時,初級繞組的能量轉移到次級繞組NS中,次級繞組NS感應出上“+”下“-”的感應電壓,使二極管D4導通,從而產生次級電流,使能量從初級傳輸到次級,輸出給負載。