詳解自激開關(guān)電源電路圖技術(shù)研究

1、詳解自激開關(guān)電源電路圖    該文章講述了詳解自激開關(guān)電源電路圖.自激開關(guān)電源電路圖,str41090電源屬于自激式并聯(lián)型開關(guān)電源,適應(yīng)電網(wǎng)電壓能力為150-280v。振蕩過程 c808上約300v直流電壓經(jīng)r811加到n801的(2)腳內(nèi)部開關(guān)管的b極,同時(shí)經(jīng)t802的(1)、(3)繞組加到n801的(3)腳內(nèi)部開關(guān)管的c極,開關(guān)管開始導(dǎo)通,電流流過t802的(1)、(3)繞組,在(1)、(3)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓,極性為(3)正(1)負(fù),經(jīng)耦合,在(6)、(7)繞組也產(chǎn)生感應(yīng)電壓,極性為(7)正(6)負(fù),此正反饋電壓經(jīng)c819、r817、r816送回到n

2、801的(2)腳,使開關(guān)管電流進(jìn)一步增大,雪崩的過程使開關(guān)管迅速飽和。 開關(guān)管飽和期間,t802(1)、(3)繞組的電流線性增大,vd821、vd822截止,t802儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量。由于c819不斷被充電,使n801的(2)腳電壓不斷下降,到某一時(shí)刻,n802(2)腳上的電壓不能維持內(nèi)部開關(guān)管的飽和,開關(guān)管退出飽和狀態(tài),c極電流減小,t802各繞組的感應(yīng)電壓極性全部翻轉(zhuǎn),反饋繞組(6)、(7)腳的電壓極性為(6)正(7)負(fù),經(jīng)c819、r817、r816送到n801的(2)腳,使n801(2)腳電壓進(jìn)一步減小,又一雪崩過程使開關(guān)管迅速截止。開關(guān)管截止期間,vd821導(dǎo)通,在c822電容上形成11

3、2v電壓;vd822也導(dǎo)通,在c824電容上形成18v電壓,t802儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量被釋放。另一方面,c819上的電壓經(jīng)r817、r816、vd812、vd813放電,同時(shí)300v電壓經(jīng)r811給c819反向充電,這兩個(gè)因素使c819左端的電壓回升,即n801(2)腳的電壓回升,當(dāng)(2)腳電壓上升0.6v以上時(shí),開關(guān)管再次導(dǎo)通,開始下一周期的振蕩。 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路由str41090內(nèi)部完成,t802的(5)、(6)腳為取樣繞組,經(jīng)vd814整流、c817濾波,在c817上形成取樣電壓,在正常情況下,c817上的電壓約為84v,若輸出電壓112v升高,則取樣電壓也必定升高,該取樣電壓經(jīng)r815

4、送到n801的(1)腳,通過內(nèi)部調(diào)節(jié),最終使輸出電壓穩(wěn)定在112v。 保護(hù)電路 r814、v801為開關(guān)管過流保護(hù)電路,r814串在開關(guān)管e極與地之間,r814上的壓降反映了開關(guān)管電流的大小,在正常情況下,r814上的電壓不能使v801導(dǎo)通,一旦開關(guān)管過流,r814上的壓降增大,使v801導(dǎo)通,n801的(2)腳被v801短路到地,阻止了開關(guān)管過流的可能。r812、c812為軟起動(dòng)電路,利用c812兩端電壓不能突變的特點(diǎn),每次開機(jī)瞬間,n801的(5)腳經(jīng)r812瞬間接地,使內(nèi)部開關(guān)管瞬間截止,以避免在開機(jī)瞬間開關(guān)管飽和時(shí)間過長(zhǎng)而損壞。自激開關(guān)電源電路圖二:1引言開關(guān)電源是一種利用開關(guān)功率器件

5、并通過功率變換技術(shù)而制成的直流穩(wěn)壓電源.它具有體積小、重量輕、效率高、對(duì)電網(wǎng)電壓及頻率的變化適應(yīng)性強(qiáng)、輸出電壓保持時(shí)間長(zhǎng)、有利于計(jì)算機(jī)信息保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源.開關(guān)電源又被稱為高效能節(jié)能電源,內(nèi)部電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài),自身消耗的能量很低,一般電源效率可達(dá)80%左右,比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍.目前生產(chǎn)的無工頻變壓器式中,開關(guān)電源仍然采用脈沖寬調(diào)制器pwm或脈沖頻率調(diào)制器pfm的原理.本文根據(jù)pwm原理,利用開關(guān)管bu508a,結(jié)合實(shí)例介紹一種無工頻變壓器的反激隔離式的開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).2主要技術(shù)參

6、數(shù)輸入電壓:ac220v輸入頻率:50hz輸入電壓范圍:ac165v-265v輸出電壓:dc24v,2a輸出功率:48w3工作原理開關(guān)電源的工作原理如圖1所示,輸入電壓為ac220v,50hz的交流電,經(jīng)過濾波,再由整流橋整流后變?yōu)橹绷?通過控制電路中開關(guān)管的導(dǎo)通和截止使高頻變壓器的一次測(cè)產(chǎn)生低壓高頻電壓,經(jīng)由小功率高頻變壓器藕合到二次測(cè),再經(jīng)整流濾波,得到直流電壓輸出.為了使輸出電壓穩(wěn)定,用了tl431取樣,將誤差經(jīng)光耦合放大,通過pwm來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止時(shí)間(即占空比),使得輸出電壓保持穩(wěn)定.圖1開關(guān)電源的工作原理圖4開關(guān)電源的設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路圖如圖2所示.在此功率轉(zhuǎn)換電路中,采用單

7、端反激式變換器,單端是因?yàn)槠涓哳l變壓器的磁芯只工作在第一象限.按變壓器的副邊開關(guān)整流器二極管的接線方式不同,單端變換器可分為兩種:正激式與反激式.原邊主功率開關(guān)管與副邊整流管的開關(guān)狀態(tài)相反(開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),副邊的整流二極管截止)稱為單端反激式.當(dāng)原邊加到高電平激勵(lì)脈沖使q1導(dǎo)通,直流輸入高頻變壓器的原邊兩端,此時(shí)因副邊是上負(fù)下正,使整流二極管截止;當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為低電平使q1截止,原邊兩端極性反向,使副邊繞組兩端變?yōu)樯险仑?fù),則整流二極管被正向?qū)?此后變壓器副邊的磁能向負(fù)載釋放.因此單端反激式變換器只是在原邊q1導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量,當(dāng)它截止時(shí)才向負(fù)載釋放,故高頻變壓器在開關(guān)過程中,既起變壓隔離作用,又

8、是電感儲(chǔ)能元件.在交流電源的輸入端接入的電磁干擾濾波器,由共模扼流圈l1、c2和c3構(gòu)成,c2和c3的中點(diǎn)應(yīng)接地,用來抑制共模干擾.c1用來濾波,濾除串模干擾,電容量較大.鑒于開關(guān)管bu508a在關(guān)斷的瞬間,高頻變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓,利用c8、r3和d1組成鉗位電路,c9的作用是濾除開關(guān)管集電極的尖峰電壓,決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率,c9和r4一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償,同時(shí)c9和r4還起原邊快速?gòu)?fù)位的作用,能有效的保護(hù)開關(guān)管不被損壞.圖2開關(guān)電源電路圖該文章講述了開關(guān)電源的開關(guān)控制部分.4.1 開關(guān)電源的開關(guān)控制部分開關(guān)電源其核心是開關(guān)控制部分,主要工作過程是通過圖2中b點(diǎn)和c點(diǎn)電壓的高低來控制主

9、功率開關(guān)管q1導(dǎo)通和截止的時(shí)間(即占空比的大小).當(dāng)q1截止時(shí)a點(diǎn)為高電平,c5對(duì)q1放電,使b點(diǎn)電位迅速提高,使開關(guān)管q1基極電位高于發(fā)射極,因而q1飽和導(dǎo)通,并對(duì)c5進(jìn)行充電.而此時(shí)的電流為變壓器原邊電流與q1導(dǎo)通時(shí)的電流之和,所以流經(jīng)r5的電流值很大,c點(diǎn)電位升高,飽和導(dǎo)通使a點(diǎn)電位下降,q1也就截止.d2和d3作用是在q1導(dǎo)通時(shí),使c點(diǎn)電位不致很高,否則c5的放電時(shí)間過長(zhǎng),使q1關(guān)斷時(shí)間toff過大,而q1導(dǎo)通時(shí)間ton保持不變,這樣頻率變低.若q1導(dǎo)通時(shí)c點(diǎn)提升太高時(shí),才將q1變?yōu)榻刂?此時(shí)d2和d3正向?qū)?c點(diǎn)的電位降低,使得c5放電時(shí)間很短就能將使vb>vc,使toff也

10、很小,因而可以使頻率達(dá)到很高.4.2 pwm調(diào)節(jié)部分q1導(dǎo)通時(shí),繞組n2上正下負(fù),c10吸收剛放電時(shí)的尖峰電壓,防止二極管d10正向?qū)〒p壞,d10正向?qū)?使b點(diǎn)電位升高,從而使q1更快飽和導(dǎo)通.同時(shí)q2導(dǎo)通,再使q3也導(dǎo)通,b點(diǎn)電壓下降,原邊線圈電流減小至截止.這時(shí)n2邊為下正上負(fù),d4和d5導(dǎo)通,q4基極變?yōu)楦唠娢?q4導(dǎo)通,c點(diǎn)電位降低,截止時(shí)間變短,而tl431反饋電流使流入q4基極的電流就會(huì)減小,c點(diǎn)電位就下降得慢,截止時(shí)間變長(zhǎng).q1導(dǎo)通時(shí),tl431反饋電流決定c點(diǎn)電位升高的快慢來達(dá)到穩(wěn)壓的目的.c12是用來保護(hù)q3,在截止時(shí)反向峰值電壓過高,而損壞q3.反饋控制就是將取樣電壓與

11、基準(zhǔn)電壓比較,轉(zhuǎn)化為電流,再經(jīng)電流放大來調(diào)節(jié)ton與toff來控制占空比從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的.r12是輸出電壓的最小負(fù)載,防止負(fù)載空載時(shí)電壓太高,用于提高輕載時(shí)的電壓調(diào)整率.c17可適當(dāng)?shù)慕档驼`差放大器的高頻增益.tl431的基準(zhǔn)電壓與輸出電壓vo比較,在r14形成誤差電壓,從而使ic1的二極管產(chǎn)生不同的電流.r14是ic1二極管的限流電阻.誤差放大的頻率應(yīng)由r13、r16、vr和c17決定.由c14和r10構(gòu)成的rc吸收網(wǎng)絡(luò),能消除高頻自激振蕩,減小射頻干擾.4.3 高頻變換器部分由于高頻變壓器原邊在單位時(shí)間里提供的功率與ton的平方和頻率成正比、與輸入原邊直流電壓的平方成正比,與原邊繞組匝數(shù)

12、成反比,若不考慮變壓器的消耗,由能量守恒可得變壓器副邊功率,即輸出的功率與變壓器副邊匝數(shù),以及負(fù)載無關(guān),只由原邊提供的功率決定.因此要得到不同的輸出功率,就只有靠改變高頻變壓器原邊的功率.改變ton對(duì)輸出功率的影響最大,但受到磁通復(fù)位條件的限制不宜較大的改變,要改變輸入原邊的直流電壓,只能改變前面電路的濾波電感與濾波電容等參數(shù),還可以在前面加入一個(gè)電位器,也能改變直流電壓,而頻率要受到功率開關(guān)管本身?xiàng)l件的限制.所以改變?cè)吚@組匝數(shù)是一個(gè)比較好的方法,原邊線圈繞組寬度不要太長(zhǎng),而將其分為多層,每一層的接入都用一個(gè)開關(guān)控制,需要不同的繞組匝數(shù)接入不同的開關(guān)就能很好的控制原邊上的功率,從而得到不同的

13、輸出功率.但是,toff時(shí)間內(nèi)要使高頻變壓器的原邊磁通復(fù)位,在ton時(shí)間內(nèi)要使其副邊磁通復(fù)位,如果在開關(guān)工作周期結(jié)束時(shí),磁通沒有回到周期開始的起點(diǎn),則變壓器磁芯內(nèi)的磁通就會(huì)逐漸增加,導(dǎo)致磁芯飽和而損壞功率開關(guān)管.要滿足單端變換器的磁通復(fù)位條件,就要使ton與toff的時(shí)間適當(dāng),不能太長(zhǎng),否則使開關(guān)管的頻率變低,同時(shí)與高頻變壓器原邊與副邊繞組的匝數(shù)有關(guān).4.4 tl431tl431是三端可調(diào)穩(wěn)壓器,利用兩只外部電阻可設(shè)定2.5036v范圍內(nèi)的任何基準(zhǔn)電壓值.tl431的電壓溫度系數(shù)很小.動(dòng)態(tài)阻抗低,典型值為0.2歐,輸出噪聲低,具有適合汽車工業(yè)等溫度范圍內(nèi)所規(guī)定的熱穩(wěn)定性,有效輸出電路具有很陡的導(dǎo)通