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1、直流-直流电压转换器2011年9月第3期教学与科技直流.直流电压转换器汪源浚(中国工程物理研究院工学院,四川绵阳,621900)摘要文章介绍了直流.直流电压转换器的工作原理,主要指标的测量方法以及在生产过程中应注意的问题.关键词直流.直流电压转换器:纹波电压;正反馈;电子开关;磁化电流;饱和导通:磁滞曲线在电子设备中,电源一般都安排在主电路板上.设备中其它电路板所需电源,都由主电路板电源直接提供.如果另一块电路板上某些与主电路板无公共地线的局部电路需要一组功率不太大,电压值与主电路板上电源输出电压值不同的直流电源,比较好的解决办法是采用直流.直流电压转换器.例如在计算机的主电路板
2、上有输出功率比较大的5V和12V直流电压,但网卡中的部分电路有时却需要一组9V的直流电压.这组电源对计算机的公共地线而言处在绝缘状态.如果专门再单独设计一组9V的直流电源,虽然能满足网卡的需要,但这将使网卡的成本上升,体积增大.在这种情况下,采用5V-9V的直流电压转换器是最好的选择.主电路板上的5V电压可作为转换器的输入电压,转换器输出的9V直流电压可满足网卡中部分电路的需求.因为转换器的输入端与输出端是绝缘的.下面以09U05型直流.直流电压转换器为例来介绍转换器的工作原理,主要指标的测量方法以及在生产过程中应注意的问题l工作原理图1所示是转换器工作原理的示意图.变压器T次级
3、侧是一个常用的全波整流电路.设想在变压器T初级侧有两个交替闭合,断开的开关K1,K2.在K1闭合,K2断开期间,5V电压加在B.A两点之间;在K1断开,K2闭合期间,5V电压加在B.C两点之间.在K1,K2交替闭合,断开的过程中,次级线圈G.H和H.I两端之间将感应到极性交替变化的矩形脉冲电压.此交变矩形脉冲电压由次级侧的全波整流电路转换成电压约9V的直流电压.9V的直流电压通过输出端供外负载RL使用.选择适当的初级.次级线圈匝数的比值,可将5V转换为9V.TRL哇5Q图1转换器工作原理的示意图由于要求开关的速度很快,图1的K1,K2不可采用机械开关.现代开关电源中,一般都是采用
4、收稿日期:2011.04.282直流.直流电压转换器晶体三极管来代替K1,K2.2电子开关电路图2所示是采用晶体三极管作开关元件的09U05型直流电压.直流电压转换器的完整电路图.图中标出了全部元件的型号和数值.按照原理图组装出来的实际电路将会正常工作.Q12SD1616Ic1131-$Vin5V+Q222132SDI6161t0.1uFCt4l血'RL45Q图2O9UO5型直流一直流电压转换器的电路图图2中初级侧晶体三极管Q1,Q2能起到图1中KI,K2的作用.当晶体三极管处在饱和导通状态,其集电极与发射极之间呈现的电阻很小(约0.2Q),相当于处在闭合状态下的开关;当晶体三极
5、管处在截止状态下,其集电极与发射极之间的电阻极大(>10MY~),相当于处在断开状态下的开关.从图2中初级侧四组相互有耦合作用的线圈绕制方向看到,Ql集电极电压与Q2基极电压的相位相同,Q2集电极电压与Ql基极电压的相位相同.Q1,Q2和四组线圈组共同成一个振荡器.其工作过程如下:在输入端5V电压接通的瞬间,Q1,Q2都处在正常导通状态.这是一个不稳定的状态.例如,由于噪声电压或外界干扰电压,Ql集电极的电压增加了△V.△V立即通过Ql集电极线圈和Q2基极线圈耦合到Q2基极上.Q2基极上电压被Q2放大并倒相后又通过Q2集电极线圈和Q1基极线圈耦合到Ql基极上.传到Ql基极上
6、的电压被Ql放大并再次倒相后返回到Ql集电极.由于Q1,Q2的放大倍数远大于线圈耦合的衰减系数,所以返回到Q1集电极的电压不仅极性与初始△V相同,而且幅度也远大于初始电压△V.放大后的△V通过同样的路径继续放大.这是一正反馈雪崩过程.在极短的时间内(约0.1s)Q2将从正常放大状态进入饱和导通状态,Ql将从正常放大状态进入截止状态.图3是转换器工作时Q1集电极电压Vol.和Ql基极的电压Volb波形图,图4是Q2集电极电压VQ2.和Q2基极的电压VQ2b波形图.示波器在观察电路各点波形时,观察线的地线接在5V输入电压的负极上.1OV5V01VO一1V-2V-3VVq1c—■—_.
7、—^～～1.1_一lVqlb}l}l…r—r～…ilt{.【l…一一』.～,l{.——1——1一图3VQI和VQlb的波形图10V5V00—1V一2V一3V警…卜…汁十ll……{一0……p-——-..一——'1Ⅲ一寸…一r…li!}l:ll:[仁…～÷一～{一～专…一÷]jl{…一一一～———--÷-————v.l}!}il1—●1,-_._..-.-..._●'_'一l;…一'…～～图4VQ2.和VQ2b的波形图2011年9月第3期教学与科技3Q2饱和导通,Ql截止是一种相对稳
