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一、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、 PWM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：開(kāi)關(guān)電源電路方框圖二、輸入電路的原理及常見(jiàn)電路1、AC輸入整流濾波電路原理：輸入濾波、整流回路原理圖專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。 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 MOV1、MOV2、MOV3：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

2、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， F1、 F2、 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

3、 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的存在 Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng) RT1構(gòu)成回路。當(dāng) C6上的電壓充至 Z1的穩(wěn)壓值時(shí) Q2導(dǎo)通。如果 C8漏電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象， 在起機(jī)的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大， Q1導(dǎo)通使 Q2沒(méi)有

4、柵極電壓不導(dǎo)通， RT1將會(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、 MOS管的工作原理：目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是MOSFET（MOS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。2、 常見(jiàn)的原理圖：專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。3、工作原理： R4、 C3、R5、R6、 C4、D1、D2 組成緩沖器，和開(kāi)關(guān)MOS管并接，使開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力減少， EMI 減少，不發(fā)生二次擊穿。在開(kāi)關(guān)管Q

5、1 關(guān)斷時(shí)，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(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 MOS管的 GS電壓限制在 18V 以下，從而保護(hù)了 MOS管。 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)

6、，變壓器所儲(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。專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。5、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)。四、輸出整流濾波電路1、正激式整流電路：專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。T1 為開(kāi)關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D1 為整流

7、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)流電感， C4、L2、 C5組成型濾波器。2、 反激式整流電路：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組成型濾波器。3、 同步整流電路：專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。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， Q1為續(xù)流管。 Q2柵極由于處于反偏而截止

8、。 L2 為續(xù)流電感， C6、L1、C7組成型濾波器。 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：2、工作原理：當(dāng)輸出 U0升高，經(jīng)取樣電阻 R7、R8、R10、VR1分壓后， U1專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。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OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，UC3842腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1腳輸出占空比減小， U0降低。當(dāng)輸出 U0降低時(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 OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通， UC3842 腳電位升

9、高，從而改變 U1腳輸出占空比增大， U0降低。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，會(huì)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(hù)電路1、在輸出端短路的情況下， PWM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：當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦 OT1不導(dǎo)通， UC3842腳電壓上升至5V左右， R1與

10、R2的分壓超過(guò) TL431基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通， UC3842腳 VCC電位被拉低， IC 停止工作。 UC3842停止工作后腳電位消失， TL431不導(dǎo)通 UC3842腳電位上升，UC3842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)成正常專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。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， UC3842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， UC3842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。

11、 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、短路保護(hù)電路。其工作原理簡(jiǎn)述如下：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， UC3842腳輸出占空 比逐漸增大，腳電壓超過(guò) 1V時(shí)， UC3842關(guān)閉無(wú)輸出。專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。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， 但成本高和電路較為復(fù)雜，其工作原 理簡(jiǎn)述如下： 輸出電路短路或電流過(guò)大， TR1次級(jí)線圈感 應(yīng)的電壓就越高，當(dāng) UC3842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)。七、輸出端限流保護(hù)上圖是

12、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)專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。大時(shí)， RS（錳銅絲）兩端電壓上升， 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)， UC3842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)， 把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(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：如上圖，當(dāng) Uo1輸出升高，穩(wěn)

13、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)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) R對(duì)地泄放，可控硅恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)。2、光電耦合保護(hù)電路：專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。如上圖，當(dāng) Uo有過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（OT2）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，Uo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

14、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， UC3842電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通， UC3842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：專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。圖A的工作原理是，當(dāng)輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2基極得電導(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、R2使 Q2始終導(dǎo)通，UC3842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始終導(dǎo)通，UC3842腳始終是

15、低電平而停止工作。正反饋？九、功率因數(shù)校正電路（PFC）1、原理示意圖：2、工作原理：輸入電壓經(jīng) L1、L2、L3等組成的 EMI濾波器， BRG1整流一路送 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(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 PFC輸出電壓。 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 PFC控制器作為 PFC輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號(hào)的占空比，穩(wěn)定 PFC輸專(zhuān)業(yè)文檔供參考，如有幫助請(qǐng)下載。出電壓。十、輸入過(guò)欠壓保護(hù)