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）

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）

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。

开关电源；开关晶体管；三角波；控制方法

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，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1 基本半桥变换器电路原理图

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UZ，用D5、D6稳压管进行限幅，其限幅电压值略大于UZ，以防止晶体管发射结击穿。

控制U1正半周、负半周分别对晶体管V1、V2进行控制。以U1的正半周控制晶体管V1为例，当晶体管为硅开关晶体管时，其导通电压为0.5V。控制信号在0～0.5V时，晶体管V1进入正偏状态，V2反偏截止，当U1＞0.5V时，晶体管V1开始导通，其集电极电流随着U1的上升而增大，U1＝U2时，晶体管V1进入深度饱和状态，集电极电流维持一定值，为图中t1时间，控制信号为t2时间，控制信号开始下降，晶体管V1从深度饱和向放大区变化，直到截止。负半周时晶体管V2导通，V1截止，工作过程同上。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。

图3 晶体管的V1、V2的Ube、ic的梯形波形

晶体管V1、V2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，如图2所示的U2，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。

3 小结

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0.6时，θ角越大，其电源的转换效率就越高，一般地，θ的值为60°≤θ≤80°。

Study on Triangle Wave Controlling Power Switch of Transistors

Xu Min，Cheng Lisong
（Shangrao Vocational and Technical College，Shangrao，Jiangxi，334109）

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.

power switch；switch transistor；triangle wave；controlling method

TN32

B

1009－9522（2014）01－0014－02

2013－10－23

徐敏，上饶职业技术学院教师。