【开关电源篇】他激振荡式推挽开关电源-超简单解读

在开关电源的大家族中，他激式开关电源因需借助外部振荡器启动而得名。这种设计在电源启动阶段和稳定工作阶段的脉冲来源有明确区分，使得电路具备独特的工作特性。本文以典型电路为例，深入解析他激振荡式推挽开关电源的组成模块，并重点分析其中的关键防护设计。

一、电路整体架构与核心优势

他激式推挽开关电源的核心逻辑是：开机时由外部振荡器产生开关脉冲启动电源，电源正常工作后可切换为其他脉冲源维持工作。这种设计虽然线路稍复杂，但启动逻辑清晰，且推挽式输出能显著提升电源的功率密度和效率。

二、"交流电变直流电"小组（输入整流滤波模块）

核心任务

把输入的110V交流电转换成平稳的直流电，为后续电路提供稳定的工作电源。

工作过程详解

这个模块就像电源的"大门保安"，负责检查和整理进来的电能：

1. 1. 保险丝F1：当电流异常增大时立即"熔断"，切断电路保护后续设备

2. 2. 整流桥VD25~VD28：把交流电的"正负交替"变成"单向流动"的直流电

3. 3. 滤波电容C11/C12：像"蓄水池"一样储存电能，让电压变得平滑稳定

4. 4. 限流电阻R17：开机瞬间"限速"，防止大电流冲击损坏元件

5. 5. 放电电阻R18：断电后快速"放空"电容里的剩余电能，确保安全

工作流程：交流电→保险丝保护→整流桥整流→电容滤波→平稳直流输出

元件选型逻辑详解

| 元件 | 选型依据 | 技术参数要求 | 计算公式/原理 | | --- | --- | --- | --- | | 保险丝F1 | 额定电流为工作电流1.2~1.5倍 | 1.5A/250V | I_fuse = 1.2~1.5 × I_work 提供过流保护，防止电路故障扩大

| | 整流桥VD25~VD28 | 耐压≥200V，电流≥2A | 200V/2A，如KBU208 | V_peak = √2 × V_ac = 155V 考虑余量选择200V以上

| | 滤波电容C11/C12 | 耐压≥250V，容量220μF | 250V/220μF电解电容 | 纹波电压 ∝ 1/(f×C) 容量越大，输出电压越平滑

| | 限流电阻R17 | 几十欧，功率2W | 47Ω/2W | P = I²R 开机瞬间限制浪涌电流

| | 放电电阻R18 | 几十千欧，功率1W | 47kΩ/1W | 放电时间 ≈ 5RC 断电后快速释放电容电荷

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关键设计要点：==输入滤波电容的容量直接影响电源的保持时间，R17的功率必须足够承受开机冲击==

三、"产生心跳信号"小组（振荡电路模块）

核心任务

产生高频振荡信号，作为整个电源的"时钟源"，决定工作频率。

工作过程详解

这个模块是电源的"心脏"，负责产生规律的"心跳"信号：

1. 1. VT1和VT2：像两个轮流"站岗"的卫兵，交替导通和截止

2. 2. 电容C1/C2：通过充放电控制两个三极管的开关节奏

3. 3. 电阻R2/R3：调节"站岗"时间的长短，控制脉冲宽度

4. 4. 二极管VD1/VD2：保护三极管不被反向电压击穿

工作过程：上电后，一个三极管先导通→给对应电容充电→充电到一定程度使另一个三极管导通→如此循环，产生持续振荡。

元件选型逻辑详解

| 元件 | 选型依据 | 技术参数要求 | 计算公式/原理 | | --- | --- | --- | --- | | 三极管VT1/VT2 | 高频小功率管 | 9013或2N5551 | f_T > 10×f_osc 特征频率要远高于振荡频率

| | 偏置电阻R1~R3 | 几kΩ~几十kΩ | 10kΩ/0.25W | R = (Vcc - Vbe)/Ib 提供合适的基极偏置电流

| | 定时电容C1/C2 | 0.01μF，耐压16V | 103/16V瓷片电容 | f ≈ 1/(1.4×R×C) 与电阻共同决定振荡频率

| | 保护二极管VD1/VD2 | 开关二极管 | 1N4148 | V_R > Vcc 反向耐压要高于电源电压

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振荡频率计算示例：

设 R2=R3=10kΩ，C1=C2=0.01μF

则 f≈ 1/(1.4 × 10000 × 0.00000001) ≈ 7.14kHz

关键设计要点：==振荡频率的选择要考虑变压器效率和开关损耗的平衡，通常选择20-100kHz==

四、"放大心跳信号"小组（推动电路模块）

核心任务

将微弱的振荡信号放大到足够驱动功率开关管的电平。

工作过程详解

这个模块就像"扩音器"，把微弱的心跳信号放大：

1. 1. VT3/VT4：接收振荡信号并进行电流放大

2. 2. 电阻R7：限制放大器的增益，防止过驱动

3. 3. 耦合电容C3/C4：传递交流信号，隔离直流分量

4. 4. 保护二极管VD3/VD4：防止信号反向时损坏三极管

工作过程：微弱振荡信号→耦合电容→三极管基极→放大后从集电极输出→驱动后级功率管。

元件选型逻辑详解

| 元件 | 选型依据 | 技术参数要求 | 技术原理 | | --- | --- | --- | --- | | 放大管VT3/VT4 | 中功率管 | 8050或2N5401 | h_FE > 50 保证足够的电流放大能力

| | 集电极电阻R7 | 几千欧 | 4.7kΩ/0.5W | 决定放大器的电压增益 | | 耦合电容C3/C4 | 几十~几百nF | 100nF/50V | Xc = 1/(2πfC) 容抗要远小于输入阻抗

| | 保护二极管VD3/VD4 | 开关二极管 | 1N4148 | 防止BE结反向击穿 |

推动级设计要点：

• • 推动电流要满足：I_drive > I_b_peak = I_c_peak / h_FE_power

• • 电压摆幅要足够驱动功率管的栅极/基极

关键设计要点：==推动级必须提供足够的驱动电流和电压，确保功率管能完全导通和关断==

五、"切分直流电"小组（推挽开关模块）

核心任务

将直流电转换成高频交流电，通过变压器实现电压变换和隔离。

工作过程详解

这个模块是电源的"核心加工车间"：

1. 1. VT5/VT6：两个功率开关管像"剪刀"一样交替切割直流电

2. 2. 变压器T1：实现信号耦合和电气隔离

3. 3. 防共态导通二极管VD5/VD6：确保两个开关管不会同时导通造成短路

4. 4. 阻尼管VD11/VD12：吸收开关瞬间的电压尖峰

工作过程：驱动信号→使VT5和VT6交替导通→直流电被"切割"成高频交流电→通过变压器耦合输出。

元件选型逻辑详解

| 元件 | 选型依据 | 技术参数要求 | 技术原理 | | --- | --- | --- | --- | | 开关管VT5/VT6 | 高耐压大功率管 | 2SC3355或MJE13009 | V_ceo > 2×V_in I_c > 2×I_out×(N2/N1) | | 续流二极管VD5/VD6 | 快恢复二极管 | FR107或UF4007 | t_rr < 1/(10×f) 反向恢复时间要足够快

| | 稳压管ZD1/ZD2 | 60V稳压管 | 1N5254B(60V/0.5W) | 限制栅极电压，防止过驱动 | | 吸收网络C5/R9 | 几百pF+几十Ω | 470pF/1kV + 47Ω/2W | τ = R×C 吸收开关尖峰，保护开关管

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变压器T1设计要点：

• • 磁芯选择：铁氧体磁芯，如EE、EI型

• • 匝数比：N1/N2 = V_in/V_out

• • 线径选择：d = 1.13×√(I/J)，J取4-6A/mm²

关键设计要点：==推挽拓扑必须严格防止共态导通，死区时间要足够确保开关管不会同时导通==

六、"直流电再加工"小组（次级整流控制模块）

核心任务

将变压器次级的高频交流电整流为稳定直流，并实现稳压和保护功能。

工作过程详解

这个模块是电源的"精加工车间"：

1. 1. 整流二极管VD13~VD18：把高频交流电再次变成直流电

2. 2. 滤波电容C7/C8：进一步平滑电压，减少纹波

3. 3. 反馈控制VT7/VT8：监测输出电压，自动调整以保持稳定

4. 4. 输出整流桥：提供辅助电源给控制电路

工作过程：高频交流输入→整流二极管整流→滤波电容平滑→反馈控制稳压→稳定直流输出。

元件选型逻辑详解

| 元件 | 选型依据 | 技术参数要求 | 技术原理 | | --- | --- | --- | --- | | 整流二极管VD13~VD18 | 快恢复二极管 | FR106(800V/1A) | V_RRM > 2×V_out 考虑反射电压和漏感尖峰

| | 滤波电容C7/C8 | 电解电容 | 100μF/50V | ESR要小 低等效串联电阻减少纹波

| | 反馈控制VT7/VT8 | 小功率管 | 9014或2N3904 | 构成误差放大器，实现稳压 | | 输出整流VD21~VD24 | 整流桥 | 1A/100V | 全波整流，提高效率 |

输出纹波计算：

V_ripple = I_load / (f × C) + I_load × ESR

其中：f-开关频率，C-滤波电容，ESR-电容等效串联电阻

七、系统工作流程总结

各模块协同工作过程

1. 1. 启动阶段：输入整流模块工作→振荡模块起振→推动模块放大信号

2. 2. 运行阶段：推挽开关模块高频切换→变压器变换电压→输出整流模块稳定输出

3. 3. 保护机制：各保护元件实时监控，防止过压、过流、短路等故障

关键设计参数汇总

| 参数 | 典型值 | 设计考虑 | | --- | --- | --- | | 开关频率 | 20-100kHz | 效率、体积、EMI的平衡 | | 占空比 | 40-48% | 避免共态导通，留有余量 | | 变压器效率 | 85-95% | 磁芯材料、绕线工艺 | | 整体效率 | 75-85% | 开关损耗、导通损耗、驱动损耗 |

八、实用设计技巧

调试要点

1. 1. 先低压后高压：先用低压直流电源测试控制电路

2. 2. 分段调试：按模块顺序逐个调试，确认正常后再连接

3. 3. 波形观察：用示波器观察关键点的电压波形

常见问题解决

• • 不起振：检查振荡电路元件值和供电电压

• • 输出电压不稳：检查反馈回路和滤波电容

• • 开关管发热：检查驱动信号和散热条件

最终建议：在实际设计中，==所有元件的电压、电流、功率额定值都要留有30-50%的余量==，确保长期可靠工作。同时要注意PCB布局，大电流路径要短而宽，控制信号要远离功率部分。

通过理解每个模块的工作原理和协同配合，我们就能设计出高效可靠的开关电源系统。这种他激振荡式推挽开关电源虽然结构相对复杂，但其清晰的启动逻辑和良好的性能使其在工业电源设计中仍具有重要地位。