開關(guān)電源電路圖解析

1、 開關(guān)電源電路圖解析所謂開關(guān)電源，故名思議，就是這里有一扇門，一開門電源就通過，一關(guān)門電源就停止通過，那么什么是門呢，開關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開關(guān)管，這兩個(gè)元器件性能差不多，都是靠基極、（開關(guān)管）控制極（可控硅）上加上脈沖信號(hào)來完成導(dǎo)通和截止的，脈沖信號(hào)正半周到來，控制極上電壓升高，開關(guān)管或可控硅就導(dǎo)通，由220V整流、濾波后輸出的300V電壓就導(dǎo)通，通過開關(guān)變壓器傳到次級(jí)，再通過變壓比將電壓升高或降低，供各個(gè)電路工作。振蕩脈沖負(fù)半周到來，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V電源被關(guān)斷，開關(guān)變壓器次級(jí)沒電壓，這時(shí)各電路所需的工作電壓，就靠

2、次級(jí)本路整流后的濾波電容放電來維持。待到下一個(gè)脈沖的周期正半周信號(hào)到來時(shí)，重復(fù)上一個(gè)過程。這個(gè)開關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因?yàn)樗墓ぷ黝l率高于50HZ低頻。那么推動(dòng)開關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個(gè)振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，晶體三極管有個(gè)特性，就是基極對(duì)發(fā)射極電壓是0.65-0.7V是放大狀態(tài)，0.7V以上就是飽和導(dǎo)通狀態(tài)， -0.1V- -0.3V就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調(diào)好后，就靠較深的負(fù)反饋來產(chǎn)生負(fù)壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時(shí)間長短來決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調(diào)整管的輸出電壓的大小。那么變壓器次級(jí)輸出的工作電壓如何穩(wěn)壓

3、呢，一般是在開關(guān)變壓器上，單繞一組線圈，在其上端獲得的電壓經(jīng)過整流濾波后，作為基準(zhǔn)電壓，然后通過光電耦合器，將這個(gè)基準(zhǔn)電壓返回振蕩管的基極，來調(diào)整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級(jí)電壓升高，本取樣線圈輸出的電壓也升高，通過光電耦合器獲得的正反饋電壓也升高，這個(gè)電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低，起到了穩(wěn)定次級(jí)輸出電壓的穩(wěn)定，太細(xì)的工作情況就不必細(xì)講了，也沒必要了解的那么細(xì)的，這樣大功率的電壓由開關(guān)變壓器傳遞，并與后級(jí)隔開，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與后級(jí)隔開，所以前級(jí)的市電電壓，是與后級(jí)分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨(dú)立的，這就叫開關(guān)電源。 開關(guān)電源電路圖一、主電路 從交流電網(wǎng)

4、輸入、直流輸出的全過程，包括： 1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 二、控制電路 一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。 三、檢測(cè)電路 除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行

5、中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。 四、輔助電源 提供所有單一電路的不同要求電源。 開關(guān)控制穩(wěn)壓原理開關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時(shí)，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個(gè)開關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量；當(dāng)開關(guān)K斷開時(shí)，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開關(guān)接通時(shí)將一部份能量儲(chǔ)存起來，在開關(guān)斷開時(shí)，向負(fù)載釋放。圖中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲(chǔ)存能量，在開關(guān)斷開時(shí)，儲(chǔ)存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)

6、載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中TON為開關(guān)每次接通的時(shí)間，T為開關(guān)通斷的工作周期（即開關(guān)接通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和）。 由式可知，改變開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”（Time Ratio Control,縮寫為TRC）。 按TRC控制原理，有三種方式： 一、脈沖寬度調(diào)制（Pul

7、se Width Modulation,縮寫為PWM） 開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。 二、脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation,縮寫為PFM） 導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。 三、混合調(diào)制 導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。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N80

8、1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N801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

9、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112V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

10、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

11、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)間過長而損壞。自激開關(guān)電源電路圖二：1 簡(jiǎn)介 開關(guān)電源是一種利用開關(guān)功率器件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、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

12、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

13、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)

14、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)

15、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還起原邊快速復(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

16、不致很高,否則C5的放電時(shí)間過長,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VbVc,使toff也很小,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

17、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.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

18、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)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