單管開關(guān)電源的實(shí)例制作和設(shè)計(jì)要點(diǎn)
本文向大家分享單管開關(guān)電源的實(shí)例制作和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
一、單管開關(guān)電源簡述
單管開關(guān)電源由于構(gòu)成元件簡單，成本低廉，在很多小家電中得到廣泛的應(yīng)用，如LED燈、充電器、遙控器、門鈴等。
下面就是這種單管開關(guān)電源的電路。
圖1. 單管開關(guān)電源電路圖
二、單管開關(guān)電源的元件組成和電路原理
1、主要元件
a. 開關(guān)管。
圖2 MJE13005
開關(guān)管可以使用雙極型晶體管和場效應(yīng)管，本電路使用的是雙極型晶體管，型號為MJE13005，該型號的三極管屬于高反壓高速開關(guān)三極管，主要用于大功率節(jié)能燈、開關(guān)電源、功率變換器等，其具有耐高壓、開關(guān)速度快、安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。其主要參數(shù)如下：
集電極-基極最高反向耐壓達(dá)到700V
集電極-發(fā)射機(jī)最高反向耐壓達(dá)到400V
集電極最大允許電流達(dá)到5A
集電極最大耗散功率達(dá)到75W
MJE系列從13001到13009，在實(shí)際產(chǎn)品中，可以根據(jù)實(shí)際要求選擇合適參數(shù)的型號。
b. 開關(guān)電源變壓器。
開關(guān)電源變壓器的作用是為負(fù)載電路提供能量，同時為前后級電路提供隔離。開關(guān)電源變壓器有EE、EC型，本電路采用EE型。
開關(guān)電源變壓器有初級繞組和次級繞組，本電路中的變壓器初級繞組包含儲能繞組和正反饋繞組，匝數(shù)比為210：9；次級繞組中心抽頭，匝數(shù)比為13：13，這個匝數(shù)比可以根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)整。
2、電路原理
a. 整流濾波電路。200V交流電經(jīng)過整流橋B1（可采用1N4007 x 4組成）和電容器C1整流濾波后輸出300V直流電壓，進(jìn)入單管自激振蕩電路。
圖3 整流濾波電路
b. 開關(guān)自激振蕩電路。300V直流電壓一路經(jīng)過變壓器T1的初級繞組加到開關(guān)管的集電極，另一路通過R4給開關(guān)管提供基極電壓。由于正反饋繞組感應(yīng)的電壓經(jīng)過R5、C3加到開關(guān)管的基極，開關(guān)管很快進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。由于開關(guān)管導(dǎo)通，則正反饋停止，開關(guān)管進(jìn)入放大狀態(tài)，集電極電流減小，從而在正反饋繞組上產(chǎn)生反向電流加到開關(guān)管的基極，使開關(guān)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。一旦開關(guān)管截止，則初級繞組無電流，正反饋繞組無電壓，這時開關(guān)管又進(jìn)入初始狀態(tài)，即由電源為其提供電壓，從而再次進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。如此這般循環(huán)不止。
圖4 自激振蕩電路
c. 保護(hù)電路。保護(hù)電路由C3、R5、D1組成。主要作用是減緩初級繞組上的電壓變化速率，使開關(guān)管工作在安全區(qū)域內(nèi)。當(dāng)開關(guān)管由飽和轉(zhuǎn)為截止，初級繞組上的電壓變?yōu)榉聪颍藭rD1導(dǎo)通，對電容器C5充電，從而使開關(guān)管集電極電壓緩慢上升，達(dá)到保護(hù)開關(guān)管的目的。當(dāng)開關(guān)管再次導(dǎo)通時，C5上電荷又經(jīng)過R5釋放掉，從而保證保護(hù)電路周而復(fù)始的有效。
圖5 保護(hù)電路
d. 次級整流輸出電路。開關(guān)管導(dǎo)通，初級繞組上正下負(fù)，次級繞組中D3導(dǎo)通；當(dāng)開關(guān)管截止，初級繞組極性變?yōu)樯县?fù)下正，次級繞組中D2導(dǎo)通，從而完成能量的轉(zhuǎn)換。
圖6 次級整流輸出電路
e. 穩(wěn)壓電路。本電路中D6為穩(wěn)壓管，為負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓，如果要求更高的穩(wěn)壓性能，可以換用三端穩(wěn)壓器。
3、總結(jié)
單管開關(guān)電源電路簡單，方便制作和維修，但是也存在性能不穩(wěn)定，缺少安全設(shè)計(jì)。下一篇文章中我們介紹單管開關(guān)電源的改進(jìn)方法，使單管開關(guān)電源工作更可靠。
下面是圖1電路的仿真結(jié)果。
圖7 單管開關(guān)電源的仿真圖
