史上最全面解析@@:开关电源@@各功能电路@@

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一@@、开关电源@@的@@电路组成@@@@

开关电源@@的@@主要电路是@@由@@输入电磁干扰滤波@@器@@@@(EMI)、整流滤波@@电路@@、功率变换电路@@、PWM控制器电路@@、输出整流滤波@@电路@@@@组成@@@@。辅助电路有输入过欠压保护@@电路@@、输出过欠压保护电路@@、输出过流保护电路@@、输出短路保护电路@@等@@。

开关电源@@的@@电路组成@@@@方框图@@如下@@:

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二@@、输入电路的@@原理及常见电路@@

1、AC 输入整流滤波@@电路@@原理@@:

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①防雷电路@@:当@@有雷击@@,产生高压经@@电网@@导入电源时@@@@,由@@MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 组成@@的@@电路进行保护@@。当@@加@@在@@压敏电阻两端的@@电压超过其工作电压时@@@@,其阻值@@降低@@@@,使@@高压能量消耗在@@压敏电阻上@@@@,若@@电流过大@@@@,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路@@。

②输入滤波@@电路@@:C1、L1、C2、C3组成@@的@@双@@π型滤波@@网@@络@@主要是@@对输入电源的@@电磁噪声及杂波信号进行抑制@@,防止对电源干扰@@,同时@@也防止电源本身产生的@@高频杂波对电网@@干扰@@。当@@电源开启瞬间@@,要对@@ C5充电@@,由@@于@@瞬间电流大@@,加@@RT1(热敏电阻@@)就能有效的@@防止浪涌电流@@。因瞬时@@能量全消耗在@@@@RT1电阻上@@,一@@定时@@间后温度升高@@后@@RT1阻值@@减小@@(RT1是@@负温系数@@188足彩外围@@app ),这时@@它消耗的@@能量非常小@@,后级电路可正常工作@@。

③整流滤波@@电路@@:交流电压经@@@@@@BRG1整流后@@,经@@C5滤波@@后得到较为纯净的@@直流电压@@。若@@C5容量变小@@,输出的@@交流纹波将增大@@。

2、 DC 输入滤波@@电路@@原理@@:

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①输入滤波@@电路@@:C1、L1、C2组成@@的@@双@@π型滤波@@网@@络@@主要是@@对输入电源的@@电磁噪声及杂波信号进行抑制@@,防止对电源干扰@@,同时@@也防止电源本身产生的@@高频杂波对电网@@干扰@@。C3、C4 为安规电容@@,L2、L3为差模电感@@@@。

② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成@@抗浪涌电路@@。在@@起机的@@瞬间@@,由@@于@@ C6的@@存在@@@@Q2不导通@@@@,电流经@@@@RT1构成回路@@。当@@C6上的@@电压充至@@Z1的@@稳压值@@时@@@@Q2导通@@。如果@@C8漏@@电或后级电路短路现象@@,在@@起机的@@瞬间@@电流在@@@@RT1上产生的@@压降增大@@,Q1导通@@使@@@@ Q2没有栅极电压不导通@@@@@@,RT1将会在@@很短的@@时@@间烧毁@@,以保护后级电路@@。

三@@、功率变换电路@@

1、 MOS管@@的@@@@工作原理@@@@:

目前应用最广泛的@@绝缘栅场效应管@@是@@@@MOSFET(MOS管@@),是@@利用半导体表面的@@电声效应进行工作的@@@@。也称为表面场效应器件@@。由@@于@@它的@@栅极处于不导电状态@@,所以输入电阻可以大大提高@@,最高可达@@105欧姆@@,MOS管@@是@@利用栅源电压的@@大小@@,来改变半导体表面感生电荷的@@多少@@,从@@而控制漏@@极电流的@@大小@@。

2、常见的@@原理图@@@@@@:

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3、工作原理@@:

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成@@缓冲器@@,和@@开关@@MOS管@@并接@@,使@@开关管@@@@电压应力减少@@@@,EMI减少@@,不发生二@@次击穿@@。在@@开关管@@@@@@Q1关断时@@@@,变压器的@@原边线圈易产生尖峰电压和@@尖峰电流@@,这些@@188足彩外围@@app 组合一@@起@@,能很好地吸收尖峰电压和@@电流@@。从@@R3测得的@@电流峰值@@信号参与@@当@@前工作周波的@@占空@@比控制@@,因此是@@当@@前工作周波的@@电流限制@@。

当@@R5上的@@电压达到@@1V时@@,UC3842停止工作@@,开关管@@@@Q1立即关断@@。 R1和@@Q1中@@的@@结电容@@CGS、CGD一@@起组成@@@@RC网@@络@@,电容的@@充放电直接影响着开关管@@@@的@@开关速度@@。R1过小@@,易引起振荡@@,电磁干扰也会很大@@;R1过大@@,会降低@@开关管@@@@的@@开关速度@@。Z1通常将@@MOS管@@的@@@@GS电压限制在@@@@18V以下@@,从@@而保护了@@MOS管@@。 

Q1的@@栅极受控电压为锯形波@@,当@@其占空@@比越大时@@@@,Q1导通@@时@@间越长@@,变压器所储存的@@能量也就越多@@;当@@Q1截止时@@@@,变压器通过@@D1、D2、R5、R4、C3释放能量@@,同时@@也达到了磁场复位的@@目的@@@@,为变压器的@@下一@@次存储@@、传递能量做好了准备@@@@。IC根据输出电压@@和@@电流时@@刻调整着@@⑥脚@@锯形波占空@@比的@@大小@@,从@@而稳定@@了整机的@@输出电流和@@电压@@。 C4和@@R6为尖峰电压吸收回路@@。

4、推挽式功率变换电路@@@@:

Q1和@@Q2将轮流导通@@@@。

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5、有驱动变压器的@@功率变换电路@@@@:

T2为驱动变压器@@,T1为开关变压器@@,TR1为电流环@@。

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四@@、输出整流滤波@@电路@@@@:

1、正激式整流电路@@:

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T1为开关变压器@@,其初极和@@次极的@@相位同相@@。D1为整流二@@极管@@@@@@,D2为续流二@@极管@@@@,R1、C1、R2、C2为削尖峰电路@@。L1为续流电感@@@@,C4、L2、C5组成@@π型滤波@@器@@@@。

2、反激式整流电路@@:

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T1为开关变压器@@,其初极和@@次极的@@相位相反@@。D1为整流二@@极管@@@@@@,R1、C1为削尖峰电路@@。L1为续流电感@@@@,R2为假负载@@,C4、L2、C5组成@@π型滤波@@器@@@@。

3、同步整流电路@@:

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工作原理@@:当@@变压器次级上端为正时@@@@,电流经@@@@ C2、R5、R6、R7使@@Q2导通@@,电路构成回路@@@@,Q2 为整流管@@@@。Q1栅极由@@于@@处于反偏而截止@@。当@@变压器次级下端为正时@@@@,电流经@@@@C3、R4、R2使@@ Q1导通@@,Q1为续流管@@@@。Q2栅极由@@于@@处于反偏而截止@@。L2为续流电感@@@@,C6、L1、C7组成@@π 型滤波@@器@@@@。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路@@。

五@@、稳压环路原理@@

1、反馈电路原理图@@@@@@:

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2、工作原理@@:

当@@输出@@ U0升高@@,经@@取样电阻@@R7、R8、R10、VR1分压后@@,U1③脚@@电压升高@@@@@@,当@@其超过@@U1②脚@@基准@@电压@@后@@ U1①脚@@输出高电平@@,使@@Q1导通@@,光耦@@OT1发光二@@极管@@发光@@,光电三@@极管@@导通@@@@,UC3842①脚@@电位相应变低@@,从@@而改变@@U1⑥脚@@输出占空@@比减小@@,U0降低@@。当@@输出@@ U0降低@@时@@@@,U1③脚@@电压降低@@@@@@,当@@其低过@@U1②脚@@基准@@电压@@后@@U1①脚@@输出低电平@@,Q1不导通@@@@,光耦@@OT1发光二@@极管@@不发光@@,光电三@@极管@@不导通@@@@@@,UC3842①脚@@电位升高@@@@,从@@而改变@@U1⑥脚@@输出占空@@比增大@@,U0降低@@。周而复始@@,从@@而使@@输出电压@@保持稳定@@@@。调节@@VR1可改变输出电压@@值@@@@。

反馈环路是@@影响开关电源@@稳定@@性的@@重要电路@@。如反馈电阻电容错@@、漏@@、虚焊等@@,会产生自激振荡@@,故障现象为@@:波形异常@@,空@@、满载振荡@@,输出电压@@不稳定@@等@@。

六@@、短路保护电路@@

1、在@@输出端短路的@@情况下@@,PWM控制电路能够把输出电流限制在@@一@@个安全范围内@@,它可以用多种方法来实现限流电路@@,当@@功率限流在@@短路时@@不起作用时@@@@,只有另增设一@@部分电路@@。 

2、短路保护电路@@通常有两种@@,下图@@是@@小功率短路保护电路@@@@,其原理简述如下@@:

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当@@输出@@电路短路@@,输出电压@@消失@@,光耦@@OT1不导通@@@@,UC3842①脚@@电压上升@@至@@5V左右@@,R1与@@R2的@@分压超过@@TL431基准@@,使@@之导通@@@@,UC3842⑦脚@@VCC电位被拉低@@,IC停止工作@@。UC3842停止工作@@后@@①脚@@电位消失@@,TL431不导通@@@@UC3842⑦脚@@电位上升@@,UC3842重新启动@@,周而复始@@。当@@短路现象消失后@@,电路可以自动恢复成正常工作状态@@。 

3、下图@@是@@中@@功率短路保护电路@@@@,其原理简述如下@@:

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当@@输出@@短路@@,UC3842①脚@@电压上升@@,U1 ③脚@@电位高于@@②脚@@时@@@@,比较器@@翻转@@①脚@@输出高电位@@,给@@ C1充电@@,当@@C1两端电压超过@@⑤脚@@基准@@电压@@时@@@@ U1⑦脚@@输出低电位@@,UC3842①脚@@低于@@1V,UCC3842 停止工作@@,输出电压@@为@@0V,周而复始@@,当@@短路消失后电路正常工作@@。R2、C1是@@充放电时@@间常数@@,阻值@@不对时@@短路保护不起作用@@。 

4、下图@@是@@常见的@@限流@@、短路保护电路@@。其工作原理@@简述如下@@:

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当@@输出@@电路短路@@或过流@@,变压器原边电流增大@@,R3 两端电压降增大@@,③脚@@电压升高@@@@@@,UC3842⑥脚@@输出占空@@比逐渐增大@@,③脚@@电压超过@@1V时@@,UC3842关闭@@无输出@@。 

5、下图@@是@@用电流互感器取样电流的@@保护电路@@,有着功耗小@@,但成本高和@@电路较为复杂@@,其工作原理@@简述如下@@:

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输出电路短路或电流过大@@@@,TR1次级线圈感应的@@电压就越高@@,当@@UC3842③脚@@超过@@1伏@@,UC3842停止工作@@,周而复始@@,当@@短路或过载消失@@,电路自行恢复@@。

七@@、输出端限流保护@@

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上图@@是@@常见的@@输出端限流保护@@电路@@,其工作原理@@简述如上图@@@@@@:当@@输出@@电流过大@@时@@@@,RS(锰铜丝@@)两端电压上升@@,U1③脚@@电压高于@@②脚@@基准@@电压@@,U1①脚@@输出高电压@@,Q1导通@@,光耦@@发生光电效应@@,UC3842①脚@@电压降低@@@@@@,输出电压@@降低@@@@@@,从@@而达到输出过载限流的@@目的@@@@。

八@@、输出过压保护电路的@@原理@@

输出过压保护电路的@@作用是@@@@:当@@输出@@电压@@@@超过设计值@@时@@@@,把输出电压@@限定在@@一@@安全值@@的@@范围内@@。当@@开关电源@@内部稳压环路出现故障或者由@@于@@用户操作不当@@引起输出过压现象时@@@@,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备@@@@。应用最为普遍的@@过压保护电路有如下几种@@:

1、可控硅@@触发保护电路@@:

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如上图@@@@,当@@Uo1输出升高@@@@,稳压管@@@@(Z3)击穿导通@@@@,可控硅@@(SCR1)的@@控制端得到触发电压@@,因此可控硅@@导通@@@@。Uo2电压对地短路@@,过流保护电路或短路保护电路@@就会工作@@,停止整个电源电路的@@工作@@。当@@输出@@过压现象排除@@,可控硅@@的@@控制端触发电压通过@@R对地泄放@@,可控硅@@恢复断开状态@@。

2、光电耦合保护电路@@:

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如上图@@@@,当@@Uo有过压现象时@@@@,稳压管@@@@击穿导通@@@@@@,经@@光耦@@@@(OT2)R6到地产生电流流过@@,光电耦合器的@@发光二@@极管@@发光@@@@,从@@而使@@光电耦合器的@@光敏三@@极管@@导通@@@@。Q1基极得电导通@@@@, 3842的@@③脚@@电降低@@@@,使@@IC关闭@@,停止整个电源的@@工作@@,Uo为零@@,周而复始@@。

3、输出限压保护电路@@: 

输出限压保护电路@@如下图@@@@,当@@输出@@电压@@@@升高@@@@@@,稳压管@@@@导通@@@@光耦@@导通@@@@@@,Q1基极有驱动电压而道通@@,UC3842③电压升高@@@@,输出降低@@@@,稳压管@@@@不导通@@@@@@,UC3842③电压降低@@@@,输出电压@@升高@@@@。周而复始@@,输出电压@@将稳定@@在@@一@@范围内@@(取决于稳压管@@@@的@@稳压值@@@@)。

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4、输出过压锁死电路@@:

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图@@A的@@工作原理@@是@@@@,当@@输出@@电压@@@@Uo升高@@,稳压管@@@@导通@@@@,光耦@@导通@@@@,Q2基极得电导通@@@@,由@@于@@Q2的@@导通@@@@Q1基极电压降低@@@@也导通@@@@,Vcc电压经@@@@R1、Q1、R2使@@Q2始终导通@@@@,UC3842③脚@@始终是@@高电平而停止工作@@@@。在@@图@@@@B中@@,UO升高@@U1③脚@@电压升高@@@@@@,①脚@@输出高电平@@,由@@于@@D1、R1的@@存在@@@@,U1①脚@@始终输出高电平@@Q1始终导通@@@@,UC3842①脚@@始终是@@低电平而停止工作@@@@。正反馈@@?

九@@、功率因数校正电路@@(PFC)

1、原理示意图@@@@:

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2、工作原理@@:

输入电压经@@@@@@L1、L2、L3等组成@@的@@@@EMI滤波@@器@@,BRG1整流一@@路送@@PFC电感@@,另一@@路经@@@@@@R1、R2分压后@@送入@@PFC控制器作为@@输入电压的@@取样@@,用以调整控制信号的@@占空@@比@@,即改变@@Q1的@@导通@@@@和@@关断时@@@@间@@,稳定@@PFC输出电压@@。L4是@@PFC电感@@,它在@@@@Q1导通@@时@@储存能量@@,在@@Q1关断时@@@@施放能量@@。D1是@@启动二@@极管@@@@。D2是@@PFC整流二@@极管@@@@,C6、C7滤波@@。PFC电压一@@路送后级电路@@,另一@@路经@@@@@@R3、R4分压后@@送入@@PFC控制器作为@@PFC输出电压@@的@@取样@@,用以调整控制信号的@@占空@@比@@,稳定@@PFC输出电压@@。

十@@、输入过欠压保护@@

1、原理图@@@@:

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2、工作原理@@:

AC输入和@@@@DC输入的@@开关电源@@的@@输入过欠压保护@@原理大致相同@@。保护电路的@@取样电压均来自输入滤波@@后的@@电压@@。取样电压分为两路@@,一@@路经@@@@R1、R2、R3、R4分压后@@输入比较器@@@@3脚@@,如取样电压高于@@2脚@@基准@@电压@@,比较器@@1脚@@输出高电平@@去控制主控制器使@@其关断@@,电源无输出@@。另一@@路经@@@@@@R7、R8、R9、R10分压后@@输入比较器@@@@6脚@@,如取样电压低于@@5脚@@基准@@电压@@,比较器@@7脚@@输出高电平@@去控制主控制器使@@其关断@@,电源无输出@@。

来源@@:电子@@电路@@

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