2)半橋型功率變換器
由于單開關(guān)管并聯(lián)型開關(guān)電源只在開關(guān)管截止期間向負(fù)載電路供電，所以需要增大濾波電容C的容量和開關(guān)變壓器的電感量，保證足夠的帶載能力。因截止期間開關(guān)管D極上產(chǎn)生的反峰脈沖的尖峰電壓較高，開關(guān)管必須采用擊穿電壓高的場(chǎng)效應(yīng)管。因此，許多充電器采用了雙開關(guān)管的半橋型開關(guān)電源，它的簡化電路如圖5-32所示。
①電路分析
由開關(guān)管激勵(lì)電路產(chǎn)生的矩形激勵(lì)脈沖經(jīng)T1.合后使開關(guān)管VT1、VT2輪流導(dǎo)通。當(dāng)激勵(lì)脈沖為高電平時(shí)，開關(guān)管VT1導(dǎo)通，VT2截止，輸入電壓Ui經(jīng)開關(guān)管VT1、開關(guān)變壓器T2初級(jí)繞組P1、諧振電容C2構(gòu)成回路?；芈分械碾娏髟赥2的初級(jí)繞組產(chǎn)生上端正、下端負(fù)的脈沖電壓，此時(shí)T2次級(jí)繞組P2、P3感應(yīng)的脈沖電壓為上端正、下端負(fù)，P2感應(yīng)的脈沖電壓使整流管VD1導(dǎo)通，VD2截止，經(jīng)VD1整流、C1濾波獲得電壓為負(fù)載RL電路供電。當(dāng)激勵(lì)電壓為低電平時(shí)，開關(guān)管VTl截止、VT2導(dǎo)通，電容C2存儲(chǔ)的電壓經(jīng)初級(jí)繞組Pl、VT2構(gòu)成放電回路。回路中的電流使P1產(chǎn)生下端負(fù)、上端正的脈沖電壓，T2次級(jí)繞組P2、P3感應(yīng)的脈沖電壓為下端正、上端負(fù)，于是P3感應(yīng)的脈沖電壓經(jīng)整流管VD2整流、電容Cl濾波獲得的直流電壓繼續(xù)為RL供電。由于此類功率變換器每一個(gè)振蕩周期都能為負(fù)載電路供電，所以此類功率變換器效率高。因兩個(gè)開關(guān)管交替導(dǎo)通，所以每個(gè)開關(guān)管截止期間承受的反峰電壓較低，可選用耐壓低的三極管或場(chǎng)效應(yīng)管作開關(guān)管。
②故障特征
開關(guān)管擊穿會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)管熔斷。諧振電容C2異常除了會(huì)產(chǎn)生開關(guān)電源輸出電壓低的故障，還容易導(dǎo)致開關(guān)管擊穿。整流管VD1、VD2或?yàn)V波電容Cl擊穿會(huì)導(dǎo)致開關(guān)電源的過流保護(hù)電路動(dòng)作，而它們開路會(huì)產(chǎn)生開關(guān)電源帶載能力差的故障。
10.電壓輸出電路
電壓輸出電路的作用就是將開關(guān)變壓器次級(jí)繞組輸出的脈沖電壓通過整流、濾波為不同的負(fù)載供電。典型他激式開關(guān)電源的電壓輸出電路如圖5-33所示。
(1)電路分析
P2繞組輸出的脈沖電壓通過VDl整流、C2濾波產(chǎn)生12～20V電壓，為電源C供電;P3繞組輸出的脈沖電壓通過肖特基型整流管VD2整流、C3濾波后產(chǎn)生42～58V電壓，不僅為36V或48V蓄電池充電，而且為誤差取樣、放大電路提供取樣電壓;P4繞組輸出的脈沖電壓通過VD3整流、C4濾波獲得12～18V電壓，為充電檢測(cè)、指示燈控制電路供電。許多充電器輸出的12～18V電壓不是由單獨(dú)繞組輸出的脈沖通過整流、濾波產(chǎn)生，而是由42～58V電壓通過穩(wěn)壓電路得到的。有的讀者要問，為什么電源IC設(shè)置了啟動(dòng)電路，還需要由單獨(dú)的供電電路供電?這是因?yàn)殡娫碔C為了展寬市電輸入范圍，采用了高阻小電流(多為100μV)啟動(dòng)，待振蕩器等電路工作后，芯片工作電流達(dá)到200mA左右，因此需要通過開關(guān)電源產(chǎn)生的電壓取代啟動(dòng)電路為它供電。
(2)故障特征
如VD1導(dǎo)通電阻大、開路，不能形成自饋電壓，或?yàn)V波電容C2的容量過小，存儲(chǔ)的電壓不能維持自饋電電壓到來，電源IC會(huì)停止工作，隨后在啟動(dòng)電路的作用下再次啟動(dòng)，重復(fù)以上過程，電源IC重復(fù)工作在啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)，開關(guān)變壓器T1發(fā)出連續(xù)的“吱吱”聲。VD1擊穿會(huì)將300V供電通過R1為電源IC提供的啟動(dòng)電壓短路到地，電源IC因無啟動(dòng)電壓不能啟動(dòng)。VD2導(dǎo)通電阻大、開路不能形成42～58V電壓時(shí)，不僅不能為蓄電池充電，而且不能為誤差取樣、放大電路提供取樣電壓，導(dǎo)致穩(wěn)壓控制電路不能有效控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，產(chǎn)生輸出電壓高或開關(guān)管擊穿的故障;若VD2擊穿會(huì)導(dǎo)致過流保護(hù)電路動(dòng)作，產(chǎn)生開關(guān)電源無電壓輸出，開關(guān)變壓器T1發(fā)出連續(xù)的“吱吱”聲的故障。VD3導(dǎo)通電阻大、開路不能形成12～18V電壓時(shí)，不能為充電控制電路、指示燈控制電路供電，產(chǎn)生充電器指示燈不發(fā)光且控制失效的故障;若VD3擊穿會(huì)導(dǎo)致過流保護(hù)電路動(dòng)作，產(chǎn)生開關(guān)電源無電壓輸出，并且開關(guān)變壓器TI發(fā)出連續(xù)的“吱吱”聲的故障。
11.保護(hù)電路
(1)尖峰脈沖吸收
由于開關(guān)變壓器是感性元件，所以開關(guān)管VTl截止瞬間，其c極上將產(chǎn)生極高的尖峰電壓，容易導(dǎo)致VT1過壓損壞。為此，開關(guān)電源設(shè)置了尖峰脈沖吸收回路，如圖5-34所示。
①電路分析
參見圖5-34(a)，開關(guān)管VT1截止瞬間，其c極上產(chǎn)生的反峰脈沖電壓經(jīng)C1、R1構(gòu)成充電回路，使尖峰脈沖被抑制在一定范圍內(nèi)，以免開關(guān)管VT1被過高的尖峰電壓擊穿。由于R1的阻值較小，Cl經(jīng)R1放電的時(shí)間較短，降低了開關(guān)電源的效率。圖5-34(b)所示電路與圖5-34(a)的區(qū)別是，不僅加裝了二極管VD1，而且增大了R1的阻值。這樣，C1通過內(nèi)阻較小的VD1充電來吸收尖峰脈沖，C1通過阻值較大的R1放電，這樣不但有效地吸收了尖峰脈沖，而且降低了開關(guān)管VT1的損耗。圖5-34(c)所示電路與圖5-34(b)所示的尖峰脈沖吸收回路的工作原理是一樣的，只是吸收效果相對(duì)要好一些。
②故障特征
若尖峰脈沖吸收回路的元件出現(xiàn)開路性故障，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管VT1在截止瞬間因尖峰脈沖電壓過高而損壞;若電容和二極管擊穿使開關(guān)變壓器初級(jí)繞組感抗下降，會(huì)產(chǎn)生開關(guān)電源無電壓輸出的故障。尖峰脈沖吸收回路的電阻、電容損壞后，通常表面有變色現(xiàn)象，甚至有裂痕。
(2)欠壓保護(hù)
如果市電低等原因造成供電電壓低，那么電源IC輸出的激勵(lì)脈沖幅度不足，容易導(dǎo)致開關(guān)管因激勵(lì)不足等原因損壞。為了避免這種危害，大部分開關(guān)電源設(shè)置了欠壓保護(hù)電路。
參見圖5-33，若啟動(dòng)電阻R1或電源IC(UC3842/KA3842)的⑦腳內(nèi)外電路異常，導(dǎo)致啟動(dòng)期間為UC3842⑦腳提供的電壓低于16V時(shí)，芯片內(nèi)的啟動(dòng)/關(guān)閉控制電路輸出關(guān)閉信號(hào)，UC3842不能啟動(dòng);當(dāng)完成啟動(dòng)后，若R2,VDl,C2異常，為UC3842提供工作電壓(通常稱該電壓為自饋電電壓)低于10v后，啟動(dòng)/關(guān)閉控制電路再次輸出低電平信號(hào)，使5V基準(zhǔn)電壓消失，電源IC停止工作，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。因該保護(hù)電路未采用閉鎖技術(shù)，所以保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)電壓再次達(dá)到16V后電路仍會(huì)啟動(dòng)。欠壓保護(hù)的示意圖如圖5-35所示。啟動(dòng)、關(guān)閉之間的6V壓差用于防止保護(hù)電路誤動(dòng)作。
(3)開關(guān)管過流保護(hù)
負(fù)載短路或負(fù)載突然變輕時(shí)，極易導(dǎo)致開關(guān)管過流損壞。為了避免這種危害，開關(guān)電源設(shè)置了開關(guān)管過流保護(hù)電路。下面根據(jù)自激式開關(guān)電源和他激式開關(guān)電源的特點(diǎn)分別進(jìn)行介紹，電路見圖5-36。
