基于施密特触发器的新型开关电源电路

wangerxian

基于施密特触发器的新型开关电源电路 [复制链接]

 

相对于传统的线性电源，开关电源具有效率高的优点，但是电路较为复杂，需要振荡电路和脉冲宽度调制电路等。本文介绍一种利用施密特触发器的新型开关电源电路，电路在连续电源电路的基础上改进得到，不需要振荡电路和脉冲宽度调制电路，直接利用连续反馈信号作为施密特触发器的输入，施密特触发器输出控制开关管的导通和截止。

图1给出的是连续型电源的原理图，它基本的工作原理是负反馈。当输出电压高于设定值时，运算放大器A的输出端电压下降，Q的发射极电压下降，从而使输出下降。如果输出电压低于设定值时，过程正好相反，从而实现稳压。

 

图1 连续型稳压电源电路原理图

我们在连续型稳压电路上增加4个元件，设计了新型开关电源电路，如图2所示。图中增加的元件包括一个电感L、一个二极管D、一个电容C和一个施密特触发器T，其中电感L、二极管D和电容C是普通开关电源所必须的基本元件，其功能与普通开关电源中的功能相同。施密特触发器T是我们设计的新型开关电源的核心控制元件，它能够把连续的反馈信号变成开关信号，控制Q的导通和截止，从而实现开关电源的功能。电路的基本原理和连续型一致，只是由于施密特触发器的存在，Q不是工作在连续状态，而是工作在开关状态。

 

图2 新型开关电源电路原理图

图3给出的是实际电路图，输入电压为15V，输出电压为5V，负载电流为2A。图中运算放大器U1B与电阻R5、R6、R9构成施密特触发器。图3中U1A为同相放大器，而U1B构成的是反相输出型施密特触发器，这与图2略有不同，图2中A是反相放大器，而T是同相输出型施密特触发器。

 

图3 新型开关电源的实际电路

图4给出的是仿真结果，蓝色是输出电压波形，红色是开关管的电流波形。开关管的工作频率约为1.8kHz，开关管的最大电流约为6.2A。输出电压的波动幅度很大，约2.4V。为了降低输出电压的波动，我们改变L1和C1的参数进行了研究。

图4 新型开关电源实际电路的仿真结果 （L1=220u，C1=220u）  

图5给出的是L1=470u而 C1=220u时的仿真结果，频率约为1.4kHz，开关管最大电流约为5A，输出电压波动幅度约为2.3V。可以看出增加电感L1会降低频率，降低开关管的最大电流，但是对降低输出电压的波动没有帮助。

图5 修改电感L1后的结果（L1=470u，C1=220u）

图6给出的是L1=220u而C1=470u时的结果，频率约为1.45kHz，开关管最大电流约为6.7A，输出电压波动约为1.5V。可以看出增加电容C1能够明显降低输出电压的波动。

 

图6 修改电容后的结果（L1=220u C1=470u）

为了降低输出电压的波动，图7给出了改进后的电路，电路增加了一个小电阻R10（0.05欧姆），并增大了C1（增大到10000uF）。图8给出了仿真结果，频率约为3kHz，开关管最大电流约为4.2A，输出电压波动仅为20mV。对功率的分析表明，电源V1输出功率约为16W，负载R1吸收功率约为9.5W，开关管吸收功率约为5W，二极管吸收功率约为1W，可见效率不高，约为60%。

 

图7 改进后的电路

 

图8 改进电路的仿真结果

为了提高效率，我们又给出了图9所示的电路，电路采用PNP型三极管作为开关管，降低了导通时的电压，从而降低了开关消耗的功率。输入电压为24V，输出电压为12V，负载电流为1A，这时电源V1的输出功率为13.7W，负载电阻R1吸收功率为11.6W，效率约为85%。开关频率1.35kHz，开关管最大电流约4.4A，一个周期内开关管导通时间为0.18ms。

 

图9 第二次改进后的电路

 

图10 第二次改进电路仿真结果（负载电流1A，输入电压24V）

我们又改变负载电流和输入电压对图9所示电路进行了仿真，图11和图12给出了结果。图11给出的是输出电压为24V，负载电流为3A时的结果，频率约为1.65kHz，最大电流6.9A，负载电流增加时频率增加，一个周期内导通时间占比也增加，最大电流也增加。开关管的导通时间约为0.28ms，同样增加。图12给出的是增加输入电压（36V）负载电流为1A时的结果，频率约为0.57kHz ，最大电流7.94A，导通时间0.17ms 。可以看出增加输入电压，工作频率降低，一个周期内导通占比也减小，开关管最大电流增加。当输入36V时，电压差比较大，应该增加L1的值，可以降低最大电流。仿真结果表明，增加电感为1000uH时，频率为0.6kHz，最大电流为5.3A，导通时间为0.23ms。

 

图11 负载电流为3A输入电压为24V的结果

 

 

图12 负载电流为1A输入电压为36V的结果

这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进以及实际应用中的若干问题还有待深入。

Fred_1977

做的很详细，不错.

PowerAnts

80年代的电子报电子世界无线电满天飞

不亦心

“这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进以及实际应用中的若干问题还有待深入。”

 

这些也是你们首次提出？

 

     

wangerxian

不亦心 发表于 2022-4-18 22:29 “这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进 ...

这个帖子是转载的。

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-4-18 22:29 “这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进 ...

您需要看一下人家的标题“基于施密特触发器的新型开关电源电路”，这样能够知道其中的一个核心是施密特触发器！您给出的第一个电路有施密特触发器吗？别告诉我7805或者7809内部包含施密特触发器！有了施密特触发器能保证开关管的严格导通和截止，这也是文章的一个重点。

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-4-18 22:29 “这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进 ...

您给出的电路都是几十年前 的了吧，和作者给出的电路相关不大，一个是没有施密特触发器，二是反馈方式也不一样啊。现在的开关电源电流要求效率高，电流大，您给出的老电路肯定无法满足现代的要求。尤其是第一个电路，如果用78系列那么简单的路就能实现高效率的开关电源，那那么多公司何必还要设计新的电源芯片呢？我们又何必买新的芯片呢？

zhouzhou3743

这个电路的原理非常明确和清晰，利用经典稳压电路的采样、基准、电压比较，利用施密特触发器把连续反馈信号变为开关信号空着开关管导通和截止，这和4楼给出的三个电路不一样，4楼给出的那三个电路本身就有不同的原理，而且原理没这么清晰和明确

不亦心

zhouzhou3743 发表于 2022-5-23 09:02 不亦心 发表于 2022-4-18 22:29 “这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原 ...

不可理喻

不亦心

zhouzhou3743 发表于 2022-5-23 09:44 您给出的电路都是几十年前 的了吧，和作者给出的电路相关不大，一个是没有施密特触发器，二是反馈方式也 ...

狗屁不通。

yet

不亦心 发表于 2022-6-15 14:33 狗屁不通。

和你老伙计一样啊，一言不合就开马。
你在四楼给出的第一电路7805是施密特电路?
不想承认吧

不亦心

yet 发表于 2022-6-16 09:30 和你老伙计一样啊，一言不合就开马。你在四楼给出的第一电路7805是施密特电路?不想承认吧

首先，回我的帖子，想怼人怼我自己就可以了，不要牵扯旁人；
其次，我没有骂人，我说的是上面的回帖内容不可理喻狗屁不通，你也可以这样说我的回帖；
最后，是的，我在本帖贴的图我认为都是依靠输出纹波迟滞控制来稳压的，本质上是一样的。你如果不认可，请你分析一下为什么不是迟滞控制，谁主张谁举证，不要扯有的没的。

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-6-15 14:25 不可理喻

建议您也自己设计新的电路，也做详细的研究，自己才能进步，对别人的新设计冷嘲热讽对自己一点好处都没有。

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-6-16 11:19 首先，回我的帖子，想怼人怼我自己就可以了，不要牵扯旁人；其次，我没有骂人，我说的是上面的回帖内容不 ...

狗屁不通难道是文明用语？

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-6-15 14:33 狗屁不通。

说我狗屁不通，你倒是讲讲你贴的那三个电路的原理啊，恐怕你自己都不知道，因为那是别人设计的电路，不是你设计的，你要是能设计我不会像你一样只会冷嘲热讽。

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-6-16 11:19 首先，回我的帖子，想怼人怼我自己就可以了，不要牵扯旁人；其次，我没有骂人，我说的是上面的回帖内容不 ...

您看人家设计的新电路，原理图画的清清楚楚，原理讲的明明白白，参数都确定，仿真结果非常详细。你是要对这个电路的原创性或者创新性提出质疑，这一点问题都没有，因为论坛就是质疑和讨论的地方。可以是你呢，贴出三个电路出来，直接问“这些也是你们首次提出？”这就不应该了。你应该把你贴的这三个电路的原理讲清楚，然后说明作者提出的新电路和你贴的三个电路完全一样。你不说清楚我们当然会问：7805是施密特触发器？还有，在论坛我们理应且必须使用文明用语，你说“狗屁不通”，显然是不文明的表现，你没有从技术方面进行探讨的实力，你说一个“迟滞控制”，就说人家的新电路和你贴的三个电路本质上一样，我看你到不如说都是开关电源电路，都是开关啊，所以本质上一样。你还是得把你贴的那三个电路的具体原理讲清楚才行，如何具体实现的迟滞控制？再说了人家的电路的核心在于施密特触发器啊，人家又没提迟滞控制，你非要说成什么迟滞控制。

不亦心

zhouzhou3743 发表于 2022-7-1 06:51 狗屁不通难道是文明用语？

我从来没说过是文明用语，也从来都承认自己是一俗人

不亦心

zhouzhou3743 发表于 2022-7-1 07:31 您看人家设计的新电路，原理图画的清清楚楚，原理讲的明明白白，参数都确定，仿真结果非常详细。你是要对 ...

依然狗屁不通，你继续

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-4-18 22:29 “这是我们首次提出的新型开关电源电路，电路基于完全不同的工作原理，对于电路的理论分析、性能改进 ...

网上随便找了三个电路贴上来，也不讲清楚具体工作原理（估计也不明白具体工作原理），却对人家设计的新电路冷嘲热讽，对人家强调的施密特触发器视而不见，无聊，没意思，没水平！有本事啊，自己设计新电路去，贬低别人自己就能提高水平？

zhouzhou3743

不亦心 发表于 2022-7-1 16:22 依然狗屁不通，你继续

你狗屁没有，网上搜索的电路贴出来的，自己连原理都不懂，还想质疑别人，多无聊啊