開關電源各模塊原理實圖講解

1、開關電源原理.開關電源的電路組成:開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM 控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、 輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。開關電源的電路組成方框圖如下：防雷單元EMI電路_扁、濾波1_M變換濾波n一f輸入過欠壓 保護單元-T-J 1, 廠PF便兀 H 控制器I-jWMIII短路保護限流保護向五右護1I開關電源電路方框圖輸入電路的原理及常見電路:1、AC輸入整流濾波電路原理： 防雷電路：當有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導入電源時，由 MOV1 MOV2 MOV3 F1、F2、F3、

2、 FDGlffl成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低， 使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。 輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙冗型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜 波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當 電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，力口 RT1 （熱敏電阻）就能有效的防止浪涌 電流。因瞬時能量全消耗在 RT1電阻上，一定時間后溫度升高后 RT1阻值減?。≧T1是負 溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。 整流濾波電路：交流電壓經(jīng)

3、BRG脩流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。 若C5容 量變小，輸出的交流紋波將增大。2、DC俞入濾波電路原理:L1AL2 fi L4AC8GND* DC+1、2、 輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙冗型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信 號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容,L2、L3為差模電感。 R1、R2、R& Z1、C& Q1、Z2、R4 R5 Q2 RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間， 由于C6的存在Q2不導通，電流經(jīng)RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導通。如果C8漏電或

4、后級電路短路現(xiàn)象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。三、功率變換電路:MOS的工作原理：目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是 MOSFETMOSf),是利用半導體表面 的電聲效應進行工作的。也稱為表面場效應器件。由于它的柵極處于不導電狀態(tài)，所以輸入電 阻可以大大提高，最高可達105歐姆，MOST是利用柵源電壓的大小，來改變半導體表面感生電 荷的多少，從而控制漏極電流的大小。常見的原理圖：3、工作原理:R4 C& R5 Ra C4 D1、D2組成緩沖器，和開關MOS?并接，使開關管電壓應力減少，EMI 減少

5、，不發(fā)生二次擊穿。在開關管 Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這 些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的 占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842亭止工作，開關管Q1立即關斷。R1和Q1中的結電容Gs、Cgd一起組成RC網(wǎng)絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了 MOST。Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也

6、就越多；當Q1截止時，變壓器通過 D1、D2、R5 R4 C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的 目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調整著腳鋸 形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。C4和R6為尖峰電壓吸收回路。4、推挽式功率變換電路：DC+UC3846Q1和Q2將輪流導通。5、有驅動變壓器的功率變換電路:DC+UC3842T2為驅動變壓器,T1為開關變壓器，TR1為電流環(huán)。T1四、輸出整流濾波電路:1、正激式整流電路:T1為開關變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續(xù)流二極管，R1、C1、R2 C2為削尖峰電路。L1為續(xù)流電

7、感，C4 L2、C5組成冗型濾波器。2、反激式整流電路:DC+T1為開關變壓器，其初極和次極的相位相反D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，R2為假負載，C4 L2、C5組成冗型濾波器。3、同步整流電路:DC+R1 C1011輸出整流濾波電路工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經(jīng) C2、R5 R& R7使Q2導通，電路構成回路，Q2 為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經(jīng)C3 R4 R2使Q1導通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6 L1、C7組成冗型濾波器。 R1、C1、R9 C4為削尖峰電路。五、穩(wěn)壓環(huán)

8、路原理:2、工作原理：當輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻 R7、R& R10 VR1分壓后，U1腳電壓升高，當其超過 U1 腳基準電壓后U1腳輸出高電平，使Q1導通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通， UC3842D腳電位相應變低，從而改變 U1©腳輸出占空比減小，U0降低。當輸出U0降低時，U1腳電壓降低，當其低過 U1腳基準電壓后U1腳輸出低電平，Q1 不導通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導通，UC3842D腳電位升高，從而改變 U1腳輸出占空比增大，U0降低。周而復始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調節(jié) VR1可改變輸出電 壓值。反饋環(huán)路是影響開關電源穩(wěn)定性的重要

9、電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產(chǎn)生自 激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。六、短路保護電路:1、在輸出端短路的情況下，PWM空制電路能夠把輸出電流限制在一個安全范圍內，它可以用多種方法來實現(xiàn)限流電路，當功率限流在短路時不起作用時，只有另增設一部分電路2、短路保護電路通常有兩種，左圖是小功率短路保護電路，其原理簡述如下:UC3842圖1.1當輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導通，UC3842D腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過 TL431基準，使之導通，UC3842DN卻VCC電位被拉低， IC停止工作。UC3842停止工作后月卻電位消失，TL4

10、31 不導通UC3842D腳電位上升，UC3842®新啟動，周而復 始。當短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動恢復成正常工作 狀態(tài)。3、右圖是中功率短路保護電路，其原理簡述如下：當輸出短路，UC3842D腳電壓上升,U1腳 電位高于腳時，比較器翻轉腳輸出高電位，給 C1充電，當C1兩端電壓超過腳基準電壓時 U1腳輸出低電位，UC3842D腳低于1V, UCC3842 停止工作，輸出電壓為0V,周而復始，當短路 消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時間常數(shù)， 阻值不對時短路保護不起作用。UC3842圖1.24、左圖是常見的限流、3 UC3842短路保護電路。具工作原理簡述如下:當輸出電路短路

11、或過流，變壓器原邊電流增大， R3 兩端電壓降增大，腳電壓升高，UC3842）腳輸出占空 比逐漸增大，腳電壓超過1V時，UC3842閉無輸出。5、右圖是用電流互感器取樣電流的保護電路，有 著功耗小，但成本高和電路較為復雜，其工作原 理簡述如下：輸出電路短路或電流過大，TR1次級線圈感應的電壓就越高，當 UC3842D腳超過1伏，UC3842 停止工作，周而復始，當短路或過載消失，電路自行恢復七、輸出端限流保護:C1 R1L1D2；VCC*C2L2C4率C3負載R9UC3842.OtR6Q1R7GNDR5左圖是常見的輸出端限流保護電路，具工 作原理簡述如下：當輸出電流過大時，RS （鉆銅絲）兩端

12、電 壓上升，U1腳電壓高于腳基準電壓， UKD腳輸出高電壓，Q1導通，光耦發(fā)生光 電效應，UC3842D腳電壓降低，輸出電壓 降低，從而達到輸出過載限流的目的。U13+1R42VREFC6R8撲C7D3J.八、輸出過壓保護電路的原理：輸出過壓保護電路的作用是：當輸出電壓超過設計值時，把輸出電壓限定在一安全值的范 圍內。當開關電源內部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現(xiàn)象時，過壓保 護電路進行保護以防止損壞后級用電設備。應用最為普遍的過壓保護電路有如下幾種：1、可控硅觸發(fā)保護電路：如左圖，當Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管（乙）擊穿導通，可控硅（SCR1 的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導通

13、。Uo2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現(xiàn)象排除, 開狀態(tài)?？煽毓璧目刂贫擞|發(fā)電壓通過 R對地泄放，可控硅恢復斷VREF2、光電耦合保護電路：如右圖，當Uo有過壓現(xiàn)象時，穩(wěn)壓管擊穿導通，經(jīng)光耦（OT2 R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器 的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合UC38421R38Uo取7Q13用R24UC384214OT2T-2R36R6Uo上Z7器的光敏三極管導通。Q1基極得電導通,3842的腳電降低，使IC關閉，停止整個電源的工作，Uo為零，周而復始，。3、輸出限壓保護電路：輸出限壓保護電路如下圖，當輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導通光耦導

14、通，Q1基極有驅動電壓而道通，UC3842D電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導通，UC3842D電壓降低，輸出電壓升高。周而復始,輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）VREFUo2UC3842 Q1R37R38-rLJ- 4 c27OT22|R24R36R6、輸出過壓鎖死電路:圖A的工作原理是，當輸出電壓 Uo升高，穩(wěn)壓管導通，光耦導通，Q2基極得電導通，由于 Q2的導通Q1基極電壓降低也導通，Vcc電壓經(jīng)R1、Qt R2使Q2始終導通，UC3842D腳始終是 高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1©腳電壓升高，腳輸出高電平，由于D1、R1的存在, U1腳始終輸出高電平Q1

15、始終導通，UC3842D腳始終是低電平而停止工作。九、功率因數(shù)校正電路（PF。:1、原理示意圖：L1AL2士 CHGNDC3-L -LC4D1PFCS制器 (UC3845)DC+R3R42、工作原理：輸入電壓經(jīng)L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG健流一路送PFC電感，另一路經(jīng)R1、R2 分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，即改變 Q1的導通和 關斷時間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導通時儲存能量，在 Q1關斷時施放能 量。D1是啟動二極管。D2是PFC整流二極管，C6 C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，另一路 經(jīng)R3 R4分壓后送入P

16、FC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，穩(wěn)定 PFC®出電壓。十、輸入過欠壓保護：1、原理圖：2、工作原理：AC輸入和DC輸入的開關電源的輸入過欠壓保護原理大致相同。保護電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。取樣電壓分為兩路，一路經(jīng) R1、R2、R3 R4分壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳 基準電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關斷，電源無輸出。另一路經(jīng) R7、R& R9 R10分壓后輸入比較器6腳，如取樣電壓低于5腳基準電壓，比較器7腳輸出高電平去控 制主控制器使其關斷，電源無輸出。1一、電池管理:1、電池管理原理圖:Q3-BOUTPU

17、Tn7-AF1D8RLY1R19BATR20.AGNDgR18Q2(>R14Q1R17C4R16電池管理原理圖INPUTBR1R28U2A2l431R§C2RR4U TR3D1 *3 +取S1RZ1R15D2R15VF虛線框A內的零件組成電池啟動和關斷電路； 虛線框B為電池充電線性穩(wěn)壓電路；虛線框C為 電子開關電路；虛線框D為電池充電電流限制電路。2、電池啟動原理：輸入電壓由INPUT和AGN端輸入，分為三路。第一路經(jīng)D7直接送后級和電池啟動、關斷電路。 R28、R27、R26分壓后的電壓使U3導通（此電壓在設計時已計算好了，正常工作時高于 2.5V）, 光藕OT1導通。R25

18、為U3提供工作電壓，R23 R24為光藕的限流及保護電阻。光藕導通后電源經(jīng)R22、OT1 D9給Q4提供基極偏置電壓，Q4導通，R21為Q4的下偏置電阻。 繼電器RLY1-A的線圈中有電流流過，繼電器觸點 RLY1-B吸合，將電池BAT接入電路中。D4為阻 止在Q4關斷時繼電器線圈產(chǎn)生的電動勢影響后級電路，D5為防止在Q4關斷時繼電器線圈產(chǎn)生的 電動勢損壞Q4,將繼電器線圈產(chǎn)生的能量釋放。3、電池充電穩(wěn)壓原理：在通電的初期，由于 Q3沒有偏置而不導通，D3的正端無電壓。電源經(jīng) R1降壓Z1穩(wěn)壓后給U1 和U2提供工作電壓。R2、U1組成基準電壓，R13 R4 RS R6 VR1組成電池電壓檢測

19、電路，當 U2腳檢測電壓低于腳電壓時，其腳輸出高電平，經(jīng)R14給Q2提供偏置電壓，Q2導通、Q3也跟著導通，電源經(jīng) Q3 D&繼電器觸點RLY1-B F1給電池BATS電。當U2D腳檢測電壓高于腳電壓時，其腳輸出低電平， Q2失去偏置電壓而截止，Q3截止， D3的正端無電壓，其負極電壓下降，U2©腳檢測電壓也KM著下降，當 U2腳檢測電壓低于腳 電壓時，其腳輸出高電平，Q2 Q3導通繼續(xù)充電，如此周而復始，使 D3的負端電壓維持在某 一設定值。調節(jié)VR1可以改變充電電壓值。4、電池充電限流原理：在充電的過程中，電流經(jīng) Q3 RLY1-B F1、BAT R20回到地（AGNQ在

20、電池充電的初期，因 電池電壓比較低，流經(jīng) Q3 RLY1-B F1、BAT R20的電流就會增大，那么在 R20上產(chǎn)生的壓降 就會增大（R20為電流取樣電阻）。電阻R20的上端S點經(jīng)R11連接到U2B的同相輸入端腳，U2B 的反相輸入端腳有一固定參考電壓，當 R20上的壓降超過參考電壓時，U2©腳輸出高電平，經(jīng) D2、R15給Q1提供偏置電壓，Q1因此導通。Q1導通后Q2因失去基極電壓而截止，將使線性穩(wěn)壓 器的輸出關斷，Q3 RLY1-B F1、BAT R20回路中就沒有電流流過，R20上的壓降消失，U2©腳 輸出低電平，Q1截止，Q2 Q3導通繼續(xù)充電，如此周而復始，就將

21、充電電流限制在某一設定值 范圍內。三拓VCc IB ,調節(jié)R1。R11可改變限流點。普BAT.點一:O-SI iURR20j yAGND0 1 UB靛向路等效電路充電電流與電池電壓關系圖5、電池欠壓關斷原理：當輸入電壓沒有時，電池電壓經(jīng) D6給后級和電池啟動、關斷電路供電。當電池電壓下降，U3腳電壓也跟著下降，在電池電壓下降至設計關斷點時（也就是U3D腳電壓低于2.5V時），U3不導通，OT1不發(fā)生光電藕合，Q4無偏置而截止，繼電器 RLY1-A的線圈中沒有電流流過，繼電 器觸點RLY1-B斷開，將電池BAT從電路中斷開，防止電池過放電而損壞。改變R26 R27的阻值， 可以改變電池欠壓關斷時

22、的電壓值。十二、智能風扇散熱：1、在開關電源中，對電源進行散熱的方式有很多種，智能散熱就是其中之一。它是隨電源工作時 的溫度高低，來調節(jié)散熱風扇的工作電壓而改變風力大小，達到最佳散熱效果。有著節(jié)能的目 的。其原理圖如下：INPUTC1R13R10R6?OTPD2R11RT1R7U2 L431BCR5FANOUT+FANOUT-GND,2、工作原理：輸入電壓由INPUT端（1213V）輸入，R6為U2提供工作電壓，R7、R8阻值相同，分壓后 為TL431提供觸發(fā)電壓，使A點的基準電壓在+5V; RT1為負溫度系數(shù)熱敏電阻，經(jīng) R1、R2分 壓加在U1的反相輸入端腳。R5為輸出電壓取樣電阻，與 R

23、4分壓后加在U1的同相輸入端 腳；Q1為電子開關管；風扇電壓由FANOU端輸出。在剛通電的時候，由于 出低電平，Z1擊穿導通, 電壓約等于輸入電壓，經(jīng) 壓，U1©腳輸出高電平，Q1還沒導通，C點無電壓，U1的腳電壓高于腳，因此 U1©腳輸Q1導通，C點有電壓輸出；應Q1的發(fā)射極接輸入電壓端，因此 C點R5與R4分壓后加在U1的同相輸入端腳，使腳電壓高于腳電Z1不導通，Q1不導通，C點無電壓輸出；使腳電壓又低于腳電壓，U1©腳又輸出低電平，如此反復最終使 C電壓穩(wěn)定在某一值（因腳電壓不變）；也就是 說C點的電壓是隨B點的電壓變化而變化的。開關電源工作的初期（或輕載工

24、作），機內溫度低，熱敏電阻 RT1的內阻很大，B點的電壓 相對較低，因此C點的輸出電壓也低，風扇因工作電壓低而轉速慢、風力小。當開關電源機內 溫度逐漸升高（滿載工作），熱敏電阻RT1的內阻逐漸減小，B點的電壓也升高，因此 C點的 輸出電壓也跟著升高，風扇因工作電壓升高而轉速加快、風力加大。當機內溫度下降后，熱敏 電阻內阻逐漸增大，B點電壓下降，C點的輸出電壓也降低，風扇因工作電壓低而轉速變慢、 風力小。當B點電壓（溫度）升高到一定程度時，U1腳電壓高于腳基準電壓，UKD腳輸出 高電平，一路經(jīng)D1、R13返回到B點，使UKD腳始終輸出高電平（也就是自鎖）；另一路經(jīng)D2 輸出到過溫保護電路，實現(xiàn)過

25、溫保護功能。十三、均流技術:1、在通訊設備或其它用電設備中，為了使系統(tǒng)不間斷的工作，對供電系統(tǒng)的要求就很高。除了要求電源本身的性能要穩(wěn)定外，另一種方法就是采用1+1備分的方式，就是一臺設備用兩臺電源 并聯(lián)供電，當其中的一臺損壞，另外一臺可繼續(xù)給系統(tǒng)供電。在正常工作時，每臺電源提供的 能量相等，也就是它們輸出的電壓、電流基本一致。為了使每臺電源輸出的電壓、電流基本一 致，就要用到均流技術。原理如下圖所示：VDDJL+UOoVDD 穩(wěn)壓環(huán)路IS+ IS-R1均流電路C3R58 1R2UOiD6VDDD3C8C128OT1R3 I c C1R12R20R13R10R19R2C5R1VDDR29Q3JOFFVrefR367TR33過流保護電路R31R11R30-C12UC6C7.J81U2/45+-.6U2B3+R星 C13C14R23C4*|C19R3小 =C11R 8r175一 +v6U1BC15Q2D5R2R25R26R27EC2 UC3842R8U4 1TL431GND均流電路原理圖GND2、工作原理：U1A R1R7、C1C5 VR1組成電流取樣電壓放大器；U1B D1組成電壓跟隨器；R10為均 流電壓輸出電阻；R11R14 U2A C腔C10組成平衡電壓比較器；