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② 直接误差取样、放大
直接误差取样、放大就是直接对输出电压进行取样、放大后，通过调宽或调频调宽电路控制开关管导通时间(或同时控制振荡频率和导通时间)，确保开关电源输出电压的稳定。其典型电路见图5-27。  控制过程:当市电电压升高或负载变轻，引起输出端电压升高时，滤波电容Cl两端升高的电压第一路经R1限流后，为光电耦合器ICl的①脚提供的电压升高;第二路经R2、VRl、R3取样后，使误差放大器VT2的b极输入的取样电压升高。由于VT2的e极由稳压管ZD1提供基准电压，所以VT2导通加强，流过IC1内发光管的电流增大，IC1内的发光管发光加强，使光敏管因受光加强而导通加强，IC1的③脚输出的电压升高，使调宽电路输出的开关管激励脉冲的占空比减小，开关管VTl导通时间缩短，开关变压器T1储能下降，开关电源输出的电压下降到正常值，实现稳压控制。 特点:由于此类误差取样、放大方式无需开关变压器利用光电祸合器将误差取样放大器和脉宽控制电路隔离，因此稳压控制性能好，安全可靠性高。 故障特征:光电祸合器ICl内的发光管异常，通常会产生开关电源输出电压高的故障，而光敏管异常多产生输出电压低的故障，有时也会产生输出电压高的故障。其他元器件异常产生的故障与串联型开关电源的误差取样、放大电路异常产生的故障基本相同。 ③ 集成电路误差放大器 以往误差取样、放大电路均由分立元件构成，随着集成电路技术的发展，三端误差放大电路的应用不但简化了误差取样、放大电路，提高了稳压控制的精确性，还大大降低了该电路的故障率。充电器的开关电源采用的集成电路误差放大器常见的型号为TL431。TL431属于精密型误差放大器，有8脚直插式封装和3脚直插封装两种，如图5-28所示。  目前，常用的是3脚封装的(外形类似2SC1815)，它有3个引脚，分别是误差信号输入端R、接地端A、控制信号输出端K。采用TL431构成的误差取样、放大电路如图5-29所示。  控制过程:当市电电压升高或负载变轻引起输出端电压升高时，滤波电容C1两端升高的电压第一路经R1限流使光电祸合器ICl的①脚输入的电压升高;第二路经R2、VR1、R3取样后，使三端误差放大器IC2的R极输入的取样电压升高，该电压与IC2内的2.5V基准电压比较后，使运算放大器输出电压升高，致使放大管导通加强，IC2的K极电位下降，流过IC1内发光管的电流增大，发光加强，使ICl内的光敏管因受光照增强而导通加强，它的③脚输出电压升高，通过调宽电路处理后使开关管激励脉冲的占空比减小，开关管VTl导通时间缩短，开关电源输出的电压下降到正常值。反之，控制过程相反。 故障特征:IC2异常，不能控制ICl内发光管导通电流，会产生开关电源输出电压升高的故障;而IC2漏电使ICl的②脚电位下降时，会产生开关电源输出电压低约故障。 (3)PWM电路 开关管激励脉冲(PWM 脉冲)的占空比控制有调宽控制或调频调宽控制两种。调宽控制与调频调宽控制的区别是:若该机开关电源采用脉冲触发方式，说明该机的开关管激励脉冲的占空比控制为调宽方式;若该机未采用脉冲触发方式，则该机的开关管激励脉冲的占空比控制为调频调宽方式。 ① 自激式开关电源的PWM电路 控制过程:参见图5-30，开关管VTl导通期间，开关变压器T1正反馈绕组产生的脉冲电压经RI限流、C1耦合后，不但通过R2使开关管VT1饱和导通，而且经R3对C2充电。当C2两端电压达到0.7V后，调频调宽管VT2导通，致使VTI截止。VTI截止后，T1各个绕组的电动势反相，正反馈绕组P2上的电动势变为下正、上负，C2两端的电压不但维持VT2导通，还经R4、VD2和P2绕组放电，随着放电的进行，C2两端电压不能维持VT2导通而使其截止，开关管VTI才能再次导通，以免VT2导通对开关管VT1的b极输入的激励电压分流，导致VT1因激励不足而损坏。  另外，误差取样、放大电路工作后，C2两端建立的电压不但取决于正反馈电压经R3提供的电流，而且取决于放大管VT3的c极输出电流的大小，若VT3的c极输出的电流增大，C2充电速度加快，VT2导通时间被提前，开关管VT提前截止，导通时间缩短，开关电源输出的电压下降。反之，若VT1集电极输出的电流下降，VTI导通时间延长，输出电压升高。因此，定时电容C2是决定开关电源振荡频率和开关管导通时间的主要元件。 故障特征:调频调宽管VT2的c-e结漏电或击穿，会导致开关管VT1因没有启动电压而不能工作;若VT2被换用参数低的管子，轻则会产生开关电源内阻大的故障(输出电压波动、开关变压器有“吱吱”声、开关管发热)，重则会产生输出电压高或开关管VTI击穿故障。若定时电容C2失容或开路，会导致开关管VT1与VT2同步导通，使VT1不能进入振荡状态;若C2容量下降，会导致其充电时间缩短，开关管VT1导通时间缩短开关电源输出电压下降且波动，产生行幅涨缩故障;若C2漏电，会导致VT2导通时间滞后，使VT1导通时间延长，产生开关电源输出电压高或VT1击穿故障。电阻R3开路后，会导致C2在开机瞬间没有充电电流，产生开关管VTI击穿的故障。R4、VD1开路时C2放电缓慢，使VT2工作在线性放大状态，产生输出电压低、开关管VTl发热或损坏故障。 ② 他激式开关电源的PWM电路 他激式开关电源的PWM电路多以电流比较器和RS触发器为核心构成。参见图5-25，当开关电源输出电压升高后，由误差取样、放大电路产生的误差信号升高，该电压加到电源控制芯片UC3842的②脚后与2.5V基准电压比较，使UC3842内的误差放大器输出电压降低，通过VD1使电流比较器的反相输入端电压降低，同时输出电压升高期间开关管D极电流增大，经积分后使UC3842③脚输入的锯齿波脉冲提前达到1V。该电压加到电流比较器同相输入端后，电流比较器提前输出低电平脉冲，致使触发器R端提前变为高电平，触发器输出端Q端输出高电平时间变短，触发器输出的PWM脉冲的占空比减小，通过驱动电路放大后从UC3842⑥脚输出，使开关管导通时间缩短，开关电源输出电压下降到正常值。反之，控制过程相反。该电路异常不仅会使电源IC无激励脉冲输出，产生开关电源无电压输出的故障，而且会使激励脉冲占空比过大或过小，产生开关电源输出电压过高或过低的故障。另外，该电路异常使开关管导通时间过长，引起开关变压器各个绕组输出的脉冲电压升高时，不仅容易导致开关管等元器件过压损坏，还容易导致蓄电池过压损坏(表面多会鼓包)。 9.功率变换器 功率变换器按开关管数量可分为:1个开关管的单端式功率变换器、2个开关管的半桥式功率变换器和4个开关管的全桥式功率变换器。目前的充电器多采用单端式功率变换器和半桥式功率变换器，而未采用全桥式功率变换器。 (1)单端式功率变换器 充电器采用的单端功率变换器主要是变压器耦合并联型功率变换器，图5-31所示为其基本电路。  ① 电路分析 由于此类开关电源的开关管VT1采用N沟道型场效应管，所以当激励脉冲为高电平时VT1导通，滤波电容Cl两端的输入电压Ui(来自市电变换的300V电源)经开关变压器T1初级绕组Pl,VT1的D/S极、电阻R1形成回路。回路中的导通电流在P1绕组上产生上端正、下端负的电动势，此时由于T1次级绕组P2感应的电动势为上负、下正，整流管VD1截止，于是电能以磁能的形式存储在开关变压器T1磁芯内部。当激励脉冲为低电平时VT1截止，流过开关变压器T1初级绕组P1的导通电流急剧下降，所以P1绕组通过自感产生下端正、上端负的电动势以阻止电流的下降，此时P2绕组产生上端正、下端负的脉冲电压，该电压经VD1整流、电容C2滤波获得直流电压U0，为负载RL供电。 ②故障特征 开关管VT1击穿通常会引起市电输入回路的保险管过流熔断，有时还会引起电阻R1过流熔断。滤波电容C2和整流管VD1击穿会导致开关电源进入过流保护状态，有时VD1击穿还可能会导致开关管VT1损坏。开关变压器T1异常会导致VT1损坏或开关电源无电压输出等故障。 |
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