单管开关电源的实例制作和设计要点

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本文向大家分享单管开关电源的实例制作和设计要点。

一、单管开关电源简述
单管开关电源由于构成元件简单，成本低廉，在很多小家电中得到广泛的应用，如LED灯、充电器、遥控器、门铃等。

下面就是这种单管开关电源的电路。

　　图1. 单管开关电源电路图

二、单管开关电源的元件组成和电路原理
1、主要元件
a. 开关管。

　　图2 MJE13005

开关管可以使用双极型晶体管和场效应管，本电路使用的是双极型晶体管，型号为MJE13005，该型号的三极管属于高反压高速开关三极管，主要用于大功率节能灯、开关电源、功率变换器等，其具有耐高压、开关速度快、安全工作区宽等优点。其主要参数如下：

集电极-基极反向耐压达到700V
集电极-发射机反向耐压达到400V
集电极允许电流达到5A
集电极耗散功率达到75W
MJE系列从13001到13009，在实际产品中，可以根据实际要求选择合适参数的型号。

b. 开关电源变压器。
开关电源变压器的作用是为负载电路提供能量，同时为前后级电路提供隔离。开关电源变压器有EE、EC型，本电路采用EE型。

开关电源变压器有初级绕组和次级绕组，本电路中的变压器初级绕组包含储能绕组和正反馈绕组，匝数比为210：9；次级绕组中心抽头，匝数比为13：13，这个匝数比可以根据具体需要进行调整。

2、电路原理
a. 整流滤波电路。200V交流电经过整流桥B1（可采用1N4007 x 4组成）和电容器C1整流滤波后输出300V直流电压，进入单管自激振荡电路。

　　图3 整流滤波电路

b. 开关自激振荡电路。300V直流电压一路经过变压器T1的初级绕组加到开关管的集电极，另一路通过R4给开关管提供基极电压。由于正反馈绕组感应的电压经过R5、C3加到开关管的基极，开关管很快进入饱和导通状态。由于开关管导通，则正反馈停止，开关管进入放大状态，集电极电流减小，从而在正反馈绕组上产生反向电流加到开关管的基极，使开关管进入截止状态。一旦开关管截止，则初级绕组无电流，正反馈绕组无电压，这时开关管又进入初始状态，即由电源为其提供电压，从而再次进入导通状态。如此这般循环不止。

　　图4 自激振荡电路

c. 保护电路。保护电路由C3、R5、D1组成。主要作用是减缓初级绕组上的电压变化速率，使开关管工作在安全区域内。当开关管由饱和转为截止，初级绕组上的电压变为反向，此时D1导通，对电容器C5充电，从而使开关管集电极电压缓慢上升，达到保护开关管的目的。当开关管再次导通时，C5上电荷又经过R5释放掉，从而保证保护电路周而复始的有效。

　　图5 保护电路

d. 次级整流输出电路。开关管导通，初级绕组上正下负，次级绕组中D3导通；当开关管截止，初级绕组极性变为上负下正，次级绕组中D2导通，从而完成能量的转换。

　　图6 次级整流输出电路

e. 稳压电路。本电路中D6为稳压管，为负载提供稳定的电压，如果要求更高的稳压性能，可以换用三端稳压器。

3、总结
单管开关电源电路简单，方便制作和维修，但是也存在性能不稳定，缺少安全设计。下一篇文章中我们介绍单管开关电源的改进方法，使单管开关电源工作更可靠。

下面是图1电路的仿真结果。

　　图7 单管开关电源的仿真图