空中電路 直擊討論----開關式電源

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開關式電源裝置，它包括：一個升壓斬波電路，用於接受第一DC電壓並將所述第一DC電壓轉換成輸出的第二DC電壓，該升壓斬波電路包括一個用於改善功率因數的功率因數改善控制電路；一個串聯電路，將第二DC電壓提供給該串聯電路並且該串聯電路還包括一個變壓器的初級繞組和一個開關元件；一個開關控制電路，用於進行振盪功能使之驅動和控制開關元件，以便於變壓器的次級繞組能感應出一個電壓且隨後進行整流、平滑和以第三DC電壓提供給負載，該 開關控制電路也能在負載小於預定的數值時進行間隙振盪功能，通過該開關控制電路來重複振盪週期和非振盪週期；一個輔助電源，用於當開關元件由開關控制電路來驅動時，將在變壓器的輔助繞組中所感應的電壓，通過整流和平滑來處理所感應的電壓並作為驅動電壓提供給功率因數改善控制電路和開關控制電路；以及，一個電壓降低電路，用於降低驅動電壓；其中，在負載小於預定的數值和開關控制電路進行間隙振盪功能的非振盪週期中，提供給功率因數改善控制電路的驅動電壓通過由電壓降低電路所產生的電壓降減小至低於工作電壓，並使得功率因數改善控制電路能停止其工作，從而減小功率消耗。
關式變壓器一般用於脈衝開關電路中,（多採用鐵氧體磁芯）體積小,用料少,價格低.

非開關式變壓器常見電源、耦和、輸出變壓器,（多採用矽鋼片鐵芯）,工藝複雜,用料多,造價較高.
開關式變壓器與非開關式變壓器有什麼區別，它有什麼好處？
開關式變壓器一般用於開關電源等高頻電路應用場合，其好處就是體積小，效率高，價格便宜！非開關式變壓器就是我們常用的低頻變壓器，笨重，體積大，費銅費鐵。
其實開關式變壓器中的鐵氧體磁芯的磁飽和係數還不及矽鋼片鐵芯，導致交流電每Hz所可以傳遞的能量很小。但是因為他工作在高頻電路中，單位時間間隔內進行能量交換的次數非常多（1000倍於低頻變壓器）所以綜合起來其效率可以達到數十倍於低頻變壓器。
開關式的與非開關式的價格上有什麼區別嗎？，耐壓在450∼500V 之間，一般採用電解
電容材質。
由PWM IC、Q2、T1、D2、C2 組成Power stage，藉由PWM IC 控制Q2 電子
開關的導通與否，配合次級側的二極體和電容，即可得到ＤＣ電壓的輸出，而
變壓器Ｔ1 因為有氣隙之故，其初級圈具有隔離、變壓和電感的三重功能，藉由
Q2 電子開關作用將儲存於在變壓器的能量傳遞給次級側，再藉由電容Ｃ2 的充電
保持功能來得到直流電壓Vo，此外改變變壓器初、次級的圈數，就可以得到想
要的ＤＣ電源。早期的PWM IC 大多採用UC384X 系列（如UC3842、UC3843），
然而近年來由於環保意識抬頭，國內的廠商如崇貿⋯等更改良了以往PWM IC
的工作模式而設計了384XG 及6840 等具有Green Function 的IC（註2），此外
歐系的Infineon Coolset ICE2AXXX及ICE2BXXX 系列不僅具有Green
Function，並且把以往外加的Q2 電晶體包裝在8DIP 的IC 內，以節省空間和製
造流程。現今業界一般採用的型號仍以384X 系列的傳統IC 居多，但由於新產
品越來越積體化及環保和安規要求越來越嚴苛的趨勢下，相信不久之後，市場
會有革命性的變化。Q2 為耐電壓600V 的MOSFET，業界一般採用的型號如表
三所示。T1 的一般規格為EI Core 或EE Core，業界一般採用的型號為EI28∼
EI40。D2 為肖特基二級體（Schokky Diode），作為整流之用，業界一般採用的
型號如表四所示。C2 是濾波電容，其電容值視輸出漣波要求而定，一般在400
μf 以上，而耐壓則選擇輸出電壓的1.2∼1.5 倍之間，一般採用電解電容材質。
由R1、R2、R3、Ph1、D3 組成Feedback stage，R2、R3 組成分壓電路擷取一
部分輸出電壓，經Ph1 光耦合器回授到PWM IC，藉調整PWM IC 的輸出脈波
寬度以穩定輸出電壓值，R1、R2、R3 一般採用1/4W 碳膜電阻， Ph1 的型號為
Infineon 的SFH615、SFH617，D3 為三端穩壓元件主要產生2.5V 的穩定參考電
壓，TL431 為業界常用的型號。
註2：Green Function 為環保功能的意思，亦有IC 特性手冊稱之為Blue Angel，
其要求是在滿載70W 以下的電源產品，當負載沒有輸出功率的情況下，輸入電
源仍照常供應時，電路消耗功率必需小於1W以下。
三、 輸出功率高於150W 的順向式電路拓僕
圖四為順向式電路拓僕之電路簡圖，與返馳式電路拓僕的主要差別在於
Power stage 的次級側部分，順向式多用了一個肖特基二級體D4 和電感L2，當
Q2 截止時，隔離變壓器T1 之繞組上的電壓極性會反轉，使得D2 二極體變成逆
向偏壓而不導通，而D4 二級體則處於導通狀態，此時負載端之能量，則由L2
和C2 所儲存的能量經由D4 來_______供給。因此在順向式電路拓僕中，L2 和C2 除了做
為低通濾波器之外，亦為一儲能元件。在元件的採用上和Flyback 電路大同小
異，然而由於在電晶體Q2 關閉（OFF）時來自T1 初級側的反向電壓會和C1 上
的輸出電壓相累積而成為兩倍的PFC Stage 輸出電壓，故Q2的耐壓必需高達800V
以上，實務上通常都採用耐壓800V 的MOSFET 來擔任此任務，業界一般採用
的型號如表五所示。
Forward 電路拓僕的特點為（1）輸出功率可高於150Ｗ。（2）流經變壓器
初級側及次級側的電流較小（因為變壓器不作電感作用，無需加氣隙，故感量
高電流小），因此變壓器的銅損（Copper less）小，所以溫升低，可用小一點的
變壓器。（3）成本增加，因為Power stage 的輸出端多用了一個二極體D4 和電
感L2 之故。
四、 需使用2 顆400V 開關晶體的半橋式電路拓僕
圖五為半橋式電路拓僕之電路簡圖，Q1 和Q2 電晶體為互補工作模式，即當
Q1 導通時，Q2 截止。而其PWM IC 所產生的控制信號及變壓器初級側的電壓VC
如圖六所示。本電路的動作方式可分為四個狀態（state）來討論，其中第1 個
狀態是當Q1 為ON、Q2 為OFF 時，電流方向如圖五中虛線所示，此時若PFC stage
的輸出為Vd = 400V，則變壓器之初級側電壓VC 約為Vd/2＝200V，而Q2 所需
的耐壓約為Vd = 400V。初級側電壓VC 經由變壓器耦合到次級，次級側的電流
經D1 把能量儲存在電感L 中，並供應到輸出VO 端。當Q2 要由OFF 轉到ON
的狀態時，為防止Q1 和Q2 同時ON，造成輸入端短路致使電路燒毀的嚴重後果，
必需先進到第2 個狀態，即Q1 和Q2 皆為OFF的情形，這段時間稱為截止時間
（dead time），此時變壓器的初級側完全沒有能量耦合到次級側，而落在Q1Q2
的壓降約各為200V，次級側則將上一個狀態儲存在電感L 能量釋放到負載。接
下來進入第3 個狀態，即Q1 為OFF 而Q2 為ON，電流方向如圖五中的雙虛線
所示此時若PFC 的輸出為Vd =400V，則變壓器之初級側電壓VC 約為-Vd/2＝-
200V，而Q1 所需的耐壓約為Vd = 400V，與狀態1極為類似，初級側電壓VC
經由變壓器耦合至次級，使次級側電流經由D2 將能量儲存在電感L 中，同時供
應到輸出VO 端。同樣地，當Q1 要由OFF 轉到ON 的狀態時，也必需先使Q1
和Q2 皆為OFF，以避免輸入端短路致使電路燒毀，此為第4 個狀態。接下來再
進到第1 個狀態，如此週而復始不段地循環下去。
由上述地原理可知，半橋式電路需使用2 顆400V 的開關晶體，通常基於
成本考量，業界通常使用耐電壓400V 的電晶體來擔任此任務，其常用的規格
如表六所示。而PWM IC 則常選用以TL494 IC。

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開關式電源與非開關式電源的區別是什麼？
在一種開關式電源裝置中，當開關式電源裝置是在正常的工作負載下工作時，向功率因數改善控制電路提供其工作電壓。因此，可以通過改善控制電路來控制升壓斬波電路，以便於提高器件的功率因數。相比較，在非振盪週期中，當開關控制電路處於間隙振盪模式時，這時功率消耗是小的，在輔助繞組中所感應的電壓就會降低。因此，輔助電源的電壓也會降低。此外，當提供給功率因數改善控制電路的驅動電壓提供電壓降低電路減小至低於其工作電壓時，功率因數改善控制電路就停止其功能，從而相應減小功率的消耗。

主權項

1.一種開關式電源裝置，它包括：一個升壓斬波電路，用於接受第一DC電壓並將所述第一DC電壓轉換成輸出的第二DC電壓，該升壓斬波電路包括一個用於改善功率因數的功率因數改善控制電路；一個串聯電路，將第二DC電壓提供給該串聯電路並且該串聯電路還包括一個變壓器的初級繞組和一個開關元件；一個開關控制電路，用於進行振盪功能使之驅動和控制開關元件，以便於變壓器的次級繞組能感應出一個電壓且隨後進行整流、平滑和以第三DC電壓提供給負載，該開關控制電路也能在負載小於預定的數值時進行間隙振盪功能，通過該開關控制電路來重複振盪週期和非振盪週期；一個輔助電源，用於當開關元件由開關控制電路來驅動時，將在變壓器的輔助繞組中所感應的電壓，通過整流和平滑來處理所感應的電壓並作為驅動電壓提供給功率因數改善控制電路和開關控制電路；以及，一個電壓降低電路，用於降低驅動電壓；其中，在負載小於預定的數值和開關控制電路進行間隙振盪功能的非振盪週期中，提供給功率因數改善控制電路的驅動電壓通過由電壓降低電路所產生的電壓降減小至低於工作電壓，並使得功率因數改善控制電路能停止其工作，從而減小功率消耗。

關式變壓器一般用於脈衝開關電路中,（多採用鐵氧體磁芯）體積小,用料少,價格低.