开关电源制作实践

    市售便携式CD/VCD机的交流适配器电路如附图所示。该适配器标称输出为5V、500mA，体积为7×4×1.8cm，重量约180g，其功率体积比明显优于普通工频变压器适配器。在市电220v输入时测试其输出电压在空载和VCD机正常播放时约为5.2V，无明显变动。该适配器随机售出无图纸，印刷板无元器件编号，图中元器件数值为笔者实测，电路系根据实物绘出。虽然电源的Q16、Q17标识已被砂纸打去，但根据电路结构和管子体积形状可以推断Q16为MJE13003、Q17为8050。
    该适配器不同于一般脉宽调制开关电源。Q16为开关管，R84为起动电阻，R83、C15为正反馈RC元件。D5为C15的放电通路。Q17为脉冲控制管，其基极R82的电压降组成开关管Q16的过流保护电路，R81、C12作为隔离电路.以防止输入Q17的稳压控制信号被R82所短路。光耦器IC1和Q17又构成振荡抑制型(又称RCC型)稳压控制电路.RCC的特殊之处是通过抑制自激振荡的过程改变开关管导通/截止的占空比稳定输出电压，而不是控制每个振荡周期正程的脉宽。
    当接通市电Q16启动以后，Q16的导通电流在脉冲变压器中存储磁能，随正反馈过程C15充电电流逐渐减小开关管进入截止区，T释放磁能，L4产生感应电压经D7向C30充电，经过几个振荡周期后，C30充电电压升高到5V以上，该输出电压经R17，光耦器发光二极管使稳压管D8击穿，光耦器初次级同时导通，使T的L2由D6整流的输出电压加到Q17的基极，Q17饱和导通，开关管Q16停振。此时C30向负载电路放电，当C30放电电压低于5V时稳压管D8截止，Q17随即截止，开关管Q16又开始振荡重复上述过程。其结果通过振荡一抑制过程保持输出电压的稳定。
    此稳压过程不同于脉宽调制之处是，Q17并非对Q16的每个振荡周期导通时间进行控制，只要C30的充电电压未达到D8设定值Q17并不动作，因此称RCC方式为非周期性开关电源。此种稳压方式除Q16的振荡形成输出纹波以外，还有Q16振荡被抑制产生的频率较低的纹波，所以在输出端需接入L10(82 uH)C32组成的滤波电路。RCC的电路简单，还具有负载电流自动调控功能，属50W以下小型开关电路的优选电路。作为便携电器交流适配器的最方便之处是万一空载也不损坏电源，空载时C30放电过程延长只通过R4有50mA的放电电流，Q16处于占空比极小的振荡状态功耗也极小。
 
    制作RCC型电源关键是脉冲变压器T的绕制。无论何种开关电源脉冲变压器的计算是极繁琐又极不准确的，对业余制作者来说通过估算，实验调整来确定比较实际。即使是估算也涉及磁芯材料，结构的影响，限于目前市场产品参数的离散性，业余者也难以确定，此处只列出部分计算结果供参考。小功率开关电源脉冲变压器制作参数(绕组功能参考附图)如附表所示。
 

 注：用于220V市电输入整流滤波供电。自激振荡频率约为22～24kHz。初级电感量可调整气隙达到上述值。

    元件数据的调整合理可以弥补脉冲变压器参数的误差，本文将装配过程中失误(T相位接反，元件不合格，装配中开路，短路等)造成无输出的故障检查省略，谈元件的选配调试。装配无误将电源经25W灯泡接入市电，同时在输出端接入25Ω、2W的假负载电阻，输出端应有电压，随即在3.3～4.5V之间更换D8，可使输出电压为5V±0.2V。调整中出现故障和元件数值的关系如下。

1. 无输出电压，说明电源未起振，如果脉冲变压器相位无误，试将R84换成270kΩ/0.5W的电阻，若仍无输出，则Q16的β值过低，换成β大于40的开关管。
2. 输出电压始终偏低，更换D8无效，为正反馈量过低。焊去外加25Ω假负载电压升高可证明。原因是T的L2匝数偏少，漏感过大，可试将R83减小为160Ω、120Ω…68Ω、32Ω。如改进不大，则重绕L2，适当增加匝数。R83减小限度以电压开始升高为限，若阻值过小将增大开关管损耗。
3. 输出电压偏高，若D8改用3.1V仍输出5.5v以上电压，可能原因是Q17饱和压降过大，要选择饱和压降小的8050。若光耦器发光管正向压降超过2V，可用PLC817试之。
4. 电源发出“吱”叫声，首先将C15改用4700pF、6800pF涤纶电容，C12改用0.47 uF无极性电容，如仍有叫声为T的L1电感量偏大，试将磁芯空气隙增大为0.2～0.3mm，方法是在芯柱接口垫入相同直径的漆包线压紧、粘牢。
5. 开关电源脉冲变压器当用于单端电路时，必须留有气隙，对新型圆柱形芯柱的磁芯，制作中已予留1mm左右气隙。E1型磁芯可在两侧旁柱端面用0.6mm漆包线隔开。调整气隙可微调初级电感，无论功率大小单端开关电源不能不留气隙通电， 一旦磁芯吸牢形成磁通饱和就会产生极大噪声，同时损坏开关管。
6. 附图电路最大输出功率为20W，按附表数据绕制脉冲变压器。将原图Q16改用BUT11A，R82改为0.5Ω电阻，C11改用68～100 uF/400V电解电容。