開(kāi)關(guān)電源原理及各功能電路詳解

1、開(kāi)關(guān)電源原理及各功能電路詳解開(kāi)關(guān)電源的電路組成開(kāi)關(guān)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、PW控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過(guò)欠壓 保護(hù)電路、輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。 開(kāi)關(guān)電源的電路組成方框圖如下: frs*元一 EK甜卜f SA a* stf嗨fr 4s探 廠1i廠一 JI WAiiXJti II-一上-1 I丹亡單云戶(hù) _II I I1 !1廠1 r JII出ilSL保號(hào)FW開(kāi)關(guān)電源電路方框圖、輸入電路的原理及常見(jiàn)電路1、AC俞入整流濾波電路原理: 防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由MO

2、V1MOV2MOV3F1、F2、F1、F2、F3、FDG1組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過(guò)其工作電壓時(shí)，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過(guò)大,F3會(huì)燒毀保護(hù)后級(jí)電路。 輸入濾波電路：C1、L1、C2 C3組成的雙n型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制， 防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開(kāi)啟瞬間，要對(duì)C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在RT1電阻上, 一定時(shí)間后溫度升高后 RT1阻值減小（RT1是負(fù)溫系數(shù)元件），這時(shí)它消耗的能 量非常小，后級(jí)電路可正常工作。 整流

3、濾波電路：交流電壓經(jīng) BRG1整流后，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輸入濾波電路原理: 輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙n型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的 電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高 頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。C3 C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。 R1、R2 R3 Z1、C6 Q1、Z2、R4 R5 Q2 RT1 C7組成抗浪涌電路。在起機(jī)的瞬間，由于C6勺存在Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當(dāng)C6h的電壓充 至Z1的穩(wěn)壓值時(shí)Q2導(dǎo)通。如果C88電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象，在起機(jī)的瞬間電流在RT1產(chǎn)生

4、的壓降增大，Q1導(dǎo)通使Q2沒(méi)有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1各會(huì)在很短的時(shí)間燒毀，以保護(hù)后級(jí)電路。三、功率變換電路1、MOSf的工作原理：目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是 MOSFETMOS管），是利用半導(dǎo)體表面的電聲效應(yīng)進(jìn)行工作的。也稱(chēng)為表面場(chǎng)效應(yīng)器件。由于 它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá)105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電 流的大小。常見(jiàn)的原理圖:DOR7Xc4R1UC3842C1T 彳;21加2RdR5QIH6E33、工作原理：R4、C3 R5 R6 C4 D1、D2組成緩沖器,和開(kāi)關(guān)MOS管Q1關(guān)斷并接，使開(kāi)關(guān)管電

5、壓應(yīng)力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開(kāi)關(guān)管能很好時(shí)，變壓器的原邊線(xiàn)圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起, 地吸收尖峰電壓和電流。從 R3測(cè)得的電流峰值信號(hào)參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)R5上的電壓達(dá)到1V時(shí)，UC3842停止工作，開(kāi)關(guān)管Q1立即關(guān)斷。R1和Q1中的結(jié)電容CGS CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。R1過(guò)小，易引起振蕩，電磁干擾也會(huì)很大；R1過(guò)大，會(huì)降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。Z1通常將most的GS電壓 限制在18V以下，從而保護(hù)了 most。Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當(dāng)其占空比越大時(shí)，Q1導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，變壓

6、器所儲(chǔ)存的能量也就越多；當(dāng) Q1截止時(shí)，變壓器通過(guò)D1、D2 R5 R4 C3釋放能量，同時(shí)也達(dá)到了磁場(chǎng)復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲(chǔ)、傳遞能量做好了準(zhǔn)備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時(shí)刻調(diào)整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機(jī)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： Q1和Q2將輪流導(dǎo)通。DC+TIBQ2QI?vcc5、有驅(qū)動(dòng)變壓器的功率變換電路：T2為驅(qū)動(dòng)變壓器，T1為開(kāi)關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)。DC*II.IN 1II h :TZbCK四、輸出整流濾波電路1、正激式整流電路:T1為開(kāi)關(guān)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、

7、C1、R2 C2為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，C4 L2、C5組成n型濾波器。2、反激式整流電路:JH Lr-l111丄1_上匚_M.rf：*f；TrLt4&1r1 1“ tWiJ刃卜T1為開(kāi)關(guān)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(fù)載，C4 L2、C5組成n型濾波器。3、同步整流電路:工作原理：當(dāng)變壓器次級(jí)上端為正時(shí)，電流經(jīng) C2 R5 R6 R7使Q2導(dǎo)通，電路構(gòu)成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當(dāng)變壓器次級(jí)下端為正 時(shí)，電流經(jīng)C3 R4 R2使Q1導(dǎo)通，Q偽續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6

8、 L1、C7組成n型濾波器。R1、C1、R9 C4為削尖峰電路。五、穩(wěn)壓環(huán)路原理1、反饋電路原理圖:VolC33i2R1VocR9UC3842MiU1ETQ :JC2_吟2R6Vcc2、工作原理： 當(dāng)輸出U（升高，經(jīng)取樣電阻R7 R8 R10 VR份壓后，U1腳電壓升高，當(dāng)其超過(guò)U1腳基準(zhǔn)電壓后U1腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通，光耦0T發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通， UC384腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1腳輸出占空比減小，U0降低。光電三極管不導(dǎo)通，UC384當(dāng)輸出U0降氐時(shí)，U1腳電壓降低，當(dāng)其低過(guò)U1腳基準(zhǔn)電壓后U1腳輸出 低電平，Q1不導(dǎo)通，光耦0T發(fā)光二極管不發(fā)光，腳電位升高，從而改變U

9、1腳輸出占空比增大,U0筆低。周而復(fù)始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1可改變輸出電壓值。反饋環(huán)路是影響開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯(cuò)、漏、虛焊等,六、短路保護(hù)電路會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿(mǎn)載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。1、在輸出端短路的情況下，PW控制電路能夠把輸出電流限制在一個(gè)安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)限流電路， 當(dāng)功率限流在短路時(shí)不起作用時(shí)，只 有另增設(shè)一部分電路。2、短路保護(hù)電路通常有兩種，下圖是小功率短路保護(hù)電路，其原理簡(jiǎn)述如下：C1UC3訊2 GT1/S當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦 0T不導(dǎo)通，UC384腳電壓上升至 5V左右，R1與R2的

10、分壓超過(guò)TL431基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通，UC384腳VC(fe位被拉低,IC停止工作。UC384停止工作后腳電位消失，TL431不導(dǎo)通UC384腳電位上升, UC384重新啟動(dòng)，周而復(fù)始。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動(dòng)恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。3、下圖是中功率短路保護(hù)電路，其原理簡(jiǎn)述如下:當(dāng)輸出短路，UC384腳電壓上升,U1腳電位高于腳時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)腳輸出高電位，給C1充電，當(dāng)C1兩端電壓超過(guò)腳基準(zhǔn)電壓時(shí) U1腳輸出低電位，UC384腳低于1V, UCC3842停止工作，輸出電壓為0V,周而復(fù)始，當(dāng)短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時(shí)間常數(shù)，阻值不對(duì)時(shí)短路保護(hù)不起 作用。4、下圖是常見(jiàn)的限流、短

11、路保護(hù)電路。其工作原理簡(jiǎn)述如下:V+T1QIR3E1當(dāng)輸出電路短路或過(guò)流，變壓器原邊電流增大，R3兩端電壓降增大，腳電壓升高，UC384腳輸出占空 比逐漸增大，腳電壓超過(guò)1V寸，UC384關(guān)閉 無(wú)輸出。5、下圖是用電流互感器取樣電流的保護(hù)電路，有著功耗小,路較為復(fù)雜，其工作原 理簡(jiǎn)述如下： 輸出電路短路或電流過(guò)大,但成本咼和電TR1次級(jí)線(xiàn)圈感 應(yīng)的電壓就越高，當(dāng)UC384腳超過(guò)1伏，UC3842停止工作,周而復(fù)始，當(dāng)短路或過(guò)載消失，電路自行恢復(fù)。VH-RS91圖1.4J.MR1七、輸出端限流保護(hù)上圖是常見(jiàn)的輸出端限流保護(hù)電路， 其工作原理簡(jiǎn)述如上圖：當(dāng)輸出電流過(guò)大時(shí)，RS（錳銅絲）兩端電壓上升

12、，U1腳電壓高于腳基準(zhǔn)電壓，U1腳輸出 高電壓，Q1導(dǎo)通，光耦發(fā)生光電效應(yīng)，UC384腳電壓降低，輸出電壓降低，從 而達(dá)到輸出過(guò)載限流的目的。八、輸出過(guò)壓保護(hù)電路的原理輸出過(guò)壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶(hù)操作不當(dāng)引 起輸出過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級(jí)用電設(shè)備。 應(yīng)用最為普遍的過(guò)壓保護(hù)電路有如下幾種:1、可控硅觸發(fā)保護(hù)電路:Uol2、光電耦合保護(hù)電路:Vo2JEscrC =r如上圖，當(dāng)Uo1 俞出升高，穩(wěn)壓管（Z3）擊穿導(dǎo)通，可控硅（SCR1的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。Uo2電壓對(duì)

13、地短路，過(guò)流保護(hù)電路或短路保 護(hù)電路就會(huì)工作，停止整個(gè)電源電路的工作。當(dāng)輸出過(guò)壓現(xiàn)象排除，可控硅的控 制端觸發(fā)電壓通過(guò)F對(duì)地泄放，可控硅恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)。ir3S4204 0T2VotC2T-(5R24R36 嚴(yán)SbEa如上圖，當(dāng)Uc有過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（0T2 R6到地產(chǎn)生電流流過(guò)，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1基極得電導(dǎo)通，3842的腳電降低，使IC關(guān)閉，停止整個(gè)電源的工作，Uc為零，周而復(fù)始。3、輸出限壓保護(hù)電路：輸出限壓保護(hù)電路如下圖，當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn) 壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，Q1基極有驅(qū)動(dòng)電壓而道通，UC384電壓升高，輸出降低, 穩(wěn)壓管不

14、導(dǎo)通，UC384電壓降低，輸出電壓升高。周而復(fù)始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）。4、輸出過(guò)壓鎖死電路:t)C3a42VccIZ1OTl023Sa01R2Vo圖A的工作原理是,當(dāng)輸出電壓Uc升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通,Q2基極得1、原理示意圖:2、工作原理： 輸入電壓經(jīng)R2使 Q2始終電導(dǎo)通，由于Q2的導(dǎo)通Q1基極電壓降低也導(dǎo)通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、 導(dǎo)通，UC384腳始終是高電平而停止工作。在圖B中, U毋高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始終導(dǎo)通，UC3842 腳始終是低電平而停止工作。正反饋?九、功率因數(shù)校正電路（PFCL1、L2、L3等組成的EM濾波器，BRG整流一路送PFCfe感，另一路經(jīng)R1、R2分壓后送入PFC空制器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào) 整控制信號(hào)的占空比，即改變Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，穩(wěn)定PF出電壓。L4是 PFC電感，它在Q1導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在Q1關(guān)斷時(shí)施放能量。D1是啟動(dòng)二極管。D2是PFC 整流二極管，C6 C7濾波。PFC電壓一路送后級(jí)電路，另一路經(jīng)R3 R4分壓后送入PF（控制器作為PF出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號(hào)的占