九江职业技术学院学报 １４ ２０ｌ４．１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ 用三角波控制开关电源开关晶体管 工作方法的研究 徐敏，程立松 （上饶职业技术学院，江西上饶３３４１０９） 摘 要：采用三角波控制开关电源开关晶体管，克服了ＰＷＭ控制方法存在的控制脉冲死区设定和调 节的困难，解决了推挽式变换器、半桥式变换器及全桥式变换器存在开关晶体管共态导通的 问题，既提高了开关电源的可靠性，又便于调试。 关键词：开关电源；开关晶体管；三角波；控制方法 中图分类号：ＴＮ３２文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—９５２２（２０１４）０ｌ一００１４—０２ １ 引言 随着开关电源的使用率不断提高，对于中、大功率的开 关电源的可靠性要求越来越高，由于开关电源开关晶体管是 工作在高压开关状态，其可靠性决定了开关电源的可靠性。 目前电源变换器电路大多采用推挽式、半桥式和全桥式。三 ｊ 【 毽Ｉ．￣ ／，／ ＾ ，～ Ｉ种变换器工作原理的共同点是：在一个对称矩形波控制下， 电源变换器中的两只或两对开关晶体管交替导通（饱和）或 ｊ ‘ ｌ — 截止，完成高压斩波功能。 由于晶体管在矩形脉冲的控制下，存在一定的开通时间 和关断时间，而关断时间比开启时间要长得多，影响了开关 频率的提高，更加严重的是会出现开关晶体管共态导通而产 生输入高压短路，损坏开关晶体管和其它元器件。在目前采 用的ＰＷＭ控制技术中，克服共态导通的方法是在控制脉冲 在正负交替处设置一定的死区时间（共同截止时间），其时 间必须大于晶体管的最长关断时间，但由于电源外部环境的 变化及强干扰的作用下，共态导通问题仍是影响开关电源可 靠性的主要因素。 解决开关电源共态导通问题，就必须减小晶体管的关断 图１ 基本半桥变换器电路原理图 如图１所示，基本半桥变换器电路原理图中，Ａ点为中 ，， 电位， ： 二 ，ｕ ，为三角波正半周电压控制晶体管 导通， ２为三角波的负半周电压控制晶体管 ２导通，因 此 ｌ和 ２交替导通和关断，在变压器原边产生方波电压， 输出电压为ｕ 。 、 时间，在方波的控制下无法完成，其原因是晶体管只在深度 饱和与截止两个状态下工作，特别是从饱和到截止没有经过 放大区，存储的电荷消散慢。如果采用三角波（或梯形波） 控制开关晶体管，晶体管饱和到截止状态必须经过放大区， ｃ３ｔｌ拍 ∥ 加速了存储电荷的泄放，大大缩短了晶体管的关断时间。 ２三角波（梯形波）控制法 以半桥变换器为例： 图２控制信号三角波 图２为控制信号三角波，设晶体管的饱和和导通的输入 电压值为ｕ ，用Ｄ５、Ｄ６稳压管进行限幅，其限幅电压值 收稿日期：２０ｌ３—１０—２３ 作者简介：徐敏，上饶职业技术学院教师。 ２Ｏ１４．１ 九江职业技术学院学报 （徐敏：用三角波控制开关电源开关晶体管工作方法的研究） １５ 略大于 ，以防止晶体管发射结击穿。 正半周、负半周分别对晶体管Ｖ 、Ｖ 进行控 制信号开始下降，晶体管 从深度饱和向放大区变化，直 截止，工作过程同 控制 到截止。负半周时晶体管 ：导通， 制。以ｕ 的正半周控制晶体管 为例，当晶体管为硅开 上。由于晶体管从饱和经过放大区进入截止区，大大缩短了 晶体管的关断时间，克服了两只晶体管共态导通的发生。 关晶体管时，其导通电压为０．５ｖ。控制信号在０—０．５ｖ 时，晶体管 １进入正偏状态， ２反偏截止，当Ｕ ＞０．５Ｖ 时，晶体管Ｖ 开始导通，其集电极电流随着 。的上升而 晶体管 。、 ２的基极电压和集电极电流如图３所示。 输出电压稳压控制：当负载加重或输入电压变低时，输 出电压变低，通过电压取样来控制三角波信号幅度上升，如 增大，Ｕｌ：Ｕ 时，晶体管 。进入深度饱和状态，集电极 电流维持一定值，为图中ｔ。时间，控制信号为ｔ 时间，控 图２所示的Ｕ ，晶体管导通时间增多，梯形波上部变宽， 使输出电压上升；反之，当输出电压变高时，控制三角波信 号的幅度下降，达到输出电压稳定的目的。 开关频率设定：为了确保晶体管的可靠，如图２所示的 一（ｔ４一 ） 边沿下降时间ｔ：三—— —一应大于晶体管的关断时 间，设ｔ 、ｔ４为输出功率最大时的控制状态，为÷的９０％， ｔ为关断时间ｔ 的２倍，就能得出最高工作频率： ０ ９ Ｔ …２ ＝ ３小结 －ｏ．ｔ丢， —ｓｏ 厂＝专： 。 三角波（梯形波）控制的优点是开关晶体管从饱和到截 止的速度快，可以提高开关频率，控制电路简单，调试维修 方便等。其缺点是当输出功率较小时，电源的转换效率不 高，适用于负载比较稳定的场所，如图２所示， 图３ 晶体管的 。、 ２的Ｕ ｉ 的梯形波形 ． ≥ ＿２ ０．６时， 角越大，其电源的转换效率就越高，一般地， 的 值为６０。 ０ ｓ ８０。。 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｗａｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ ｏｆ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｘｕ Ｍｉｎ，Ｃｈｅｎｇ Ｌｉｓｏｎｇ （Ｓｈａｎｇｒａｏ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｒａｏ，Ｊｉａｎｇｘｉ，３３４１０９） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｗａｖｅ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ， ｗｈｉｃｈ ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｂｌｉｎｄ ａｒｅａｓ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｕｌｓｅ ｏｆ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈｅｌｐｓ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｗｉｔｃｈ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｄｅｂｕｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｓｗｉｔｃｈ；ｓｗｉｔｃｈ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｔｒｉａｎｇｌｅ ｗａｖｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ