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开关电源电路组成及各部分详解

2019-10-15 10:27:08 暂无 阅读:1879 评论:0

一、开关电源的电路构成

开关电源的首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掌握器电路、输出整流滤波电路构成。辅助电路有输入过欠压珍爱电路、输出过欠压珍爱电路、输出过流珍爱电路、输出短路珍爱电路等。

开关电源的电路构成方框图如下:

开关电源电路组成及各部分详解

二、输入电路的道理及常见电路

1、AC输入整流滤波电路道理:

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①防雷电路:当有雷击,发生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1构成的电路进行珍爱。当加在压敏电阻两头的电压跨越其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消费在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会销毁珍爱后级电路。

②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3构成的双π型滤波收集首要是对输入电源的电磁噪声及杂波旌旗进行按捺,防止对电源干扰,同时也防止电源自己发生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,因为瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消费在RT1电阻上,必然时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消费的能量非常小,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滤波后获得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输入滤波电路道理:

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①输入滤波电路:C1、L1、C2构成的双π型滤波收集首要是对输入电源的电磁噪声及杂波旌旗进行按捺,防止对电源干扰,同时也防止电源自己发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。

②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7构成抗浪涌电路。在起机的瞬间,因为C6的存在Q2不导通,电流经RT1组成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。若是C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上发生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间销毁,以珍爱后级电路。

三、功率变换电路

1、MOS管的工作道理:今朝应用最普遍的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管),是行使半导体外观的电声效应进行工作的。也称为外观场效应器件。因为它的栅极处于不导电状况,所以输入电阻能够大大提高,最高可达105欧姆,MOS管是行使栅源电压的巨细,来改变半导体外观感生电荷的几多,从而掌握漏极电流的巨细。

2、常见的道理图:

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3、工作道理:

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2构成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力削减,EMI削减,不发生二次击穿。在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易发生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一路,能很好地接收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值旌旗介入当前工作周波的占空比掌握,是以是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时,UC3842住手工作,开关管Q1立刻关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一路构成RC收集,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平日将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而珍爱了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,变压器所保留的能量也就越多;当Q1截止时,变压器经由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、传递能量做好了预备。IC凭据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的巨细,从而不乱了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压接收回路。

4、推挽式功率变换电路:

Q1和Q2将轮换导通。

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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构成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构成π型滤波器。

3、同步整流电路:

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工作道理:当变压器次级上端为正时,电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通,电路组成回路,Q2为整流管。Q1栅极因为处于反偏而截止。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栅极因为处于反偏而截止。L2为续流电感,C6、L1、C7构成π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。

五、稳压环路道理

1、反馈电路道理图:

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2、工作道理:

当输出U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其跨越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脚电位响应变低,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,从而使输出电压连结不乱。调节VR1可改变输出电压值。

反馈环路是影响开关电源不乱性的主要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会发生自激振荡,故障现象为:波形非常,空、满载振荡,输出电压不不乱等。

六、短路珍爱电路

1、在输出端短路的情形下,PWM掌握电路可以把输出电流限制在一个平安局限内,它能够用多种方式来实现限流电路,当功率限流在短路时不起感化时,只有另增设一部门电路。

2、短路珍爱电路平日有两种,下图是小功率短路珍爱电路,其道理简述如下:

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当输出电路短路,输出电压消散,光耦OT1不导通,UC3842①脚电压上升至5V摆布,R1与R2的分压跨越TL431基准,使之导通,UC3842⑦脚VCC电位被拉低,IC住手工作。UC3842住手工作后①脚电位消散,TL431不导通UC3842⑦脚电位上升,UC3842从新启动,周而复始。当短路现象消散后,电路能够主动恢复成正常工作状况。

3、下图是中功率短路珍爱电路,其道理简述如下:

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当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1③脚电位高于②脚时,对照器翻转①脚输出高电位,给C1充电,当C1两头电压跨越⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842住手工作,输出电压为0V,周而复始,当短路消散后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数,阻值纰谬时短路珍爱不起感化。

4、下图是常见的限流、短路珍爱电路。其工作道理简述如下:

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当输出电路短路或过流,变压器原边电流增大,R3两头电压降增大,③脚电压升高,UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大,③脚电压跨越1V时,UC3842封闭无输出。

5、下图是用电流互感器取样电流的珍爱电路,有着功耗小,但成本高和电路较为复杂,其工作道理简述如下:

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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脚跨越1伏,UC3842住手工作,周而复始,当短路或过载消散,电路自行恢复。

七、输出端限流珍爱

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上图是常见的输出端限流珍爱电路,其工作道理简述如上图:当输出电流过大时,RS(锰铜丝)两头电压上升,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、输出过压珍爱电路的道理

输出过压珍爱电路的感化是:当输出电压跨越设计值时,把输出电压限制在一平安值的局限内。当开关电源内部稳压环路显现故障或许因为用户把持欠妥引起输出过压现象时,过压珍爱电路进行珍爱以防止损坏后级用电设备。应用最为遍及的过压珍爱电路有如下几种:

1、可控硅触发珍爱电路:

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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)的掌握端获得触发电压,是以可控硅导通。Uo2电压对地短路,过流珍爱电路或短路珍爱电路就会工作,住手整个电源电路的工作。当输出过压现象清扫,可控硅的掌握端触发电压经由R对地泄放,可控硅恢复断开状况。

2、光电耦合珍爱电路:

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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到地发生电流流过,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封闭,住手整个电源的工作,Uo为零,周而复始,。

3、输出限压珍爱电路:

输出限压珍爱电路如下图,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,输出电压将不乱在一局限内(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的工作道理是,当输出电压Uo升高,稳压管导通,光耦导通,Q2基极得电导通,因为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脚始终是高电平而住手工作。在图B中,UO升高U1③脚电压升高,①脚输出高电平,因为D1、R1的存在,U1①脚始终输出高电平Q1始终导通,UC3842①脚始终是低电平而住手工作。正反馈?

九、功率因数校正电路(PFC)

1、道理示意图:

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2、工作道理:

输入电压经L1、L2、L3等构成的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掌握器作为输入电压的取样,用以调整掌握旌旗的占空比,即改变Q1的导通和关断时间,不乱PFC输出电压。L4是PFC电感,它在Q1导通时保留能量,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掌握器作为PFC输出电压的取样,用以调整掌握旌旗的占空比,不乱PFC输出电压。

十、输入过欠压珍爱

1、道理图:

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2、工作道理:

AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压珍爱道理大略沟通。珍爱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分压后输入对照器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,对照器1脚输出高电平去掌握主掌握器使其关断,电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入对照器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,对照器7脚输出高电平去掌握主掌握器使其关断,电源无输出。

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