開關電源培訓

1、開關電源的基本原理培訓教材精品資料RCC變換器的工作(gngzu)原理 RCC變換器是一種利用間歇振蕩器構成(guchng)自激振蕩的回掃式變換器。 RCC：Ringing choke converter 回掃式變換器指變壓器在回掃期間傳遞能量 RCC廣泛用于50W以下的開關電源中精品資料RCC的基本(jbn)電路VTRsVDRLVoViN11N21N12T1V2IcVCE精品資料RCC的工作(gngzu)流程 接通電源后，Rs為VT的基極提供電流 VT的集電極開始稍有電流 因變壓器的電感作用Ic從零開始上升 此時輸入電壓Vi加到繞組N11上 變壓器的初級繞組N11因有電流流過而產生感生(n

2、shn)電勢精品資料RCC的工作(gngzu)流程 各繞組(roz)亦因此感應到與其匝數相應的電動勢 正反饋繞組(roz)N12開始為VT的基極供電 VT的基極電流增大 此時繞組(roz)N21上也感應到相應的電壓，其極性為上負下正，二極管VD反偏，次級無電流流過 因正反饋作用，N11繞組(roz)中的電流Ic以單調函數增大，即Ic=(Vi/L)t 式中Ic為集電極電流，L為N11的電感，t為時間精品資料RCC工作(gngzu)流程 因正反饋繞組提供的電壓是有限的，故其提供的基極電流也是有限的 另外，集電極電流的放大倍數Ic/Ib也是有限的 電流上升到一定值時就停止增大了，變壓器中的磁通也就不

3、再變化 此時通過(tnggu)繞組N11的電流要減小，從而感應出與電流同方向的電動勢阻止此電流的減小精品資料RCC的工作(gngzu)流程 各繞組的同名(tngmng)端應到正極性的電壓 N11下正上負，N12下正上負，N21上正下負 VD正偏，負載中有電流流過 N12的下正上負的極性使VT反偏截止 VT上加有很高的電壓，為Vi和N11的回掃電壓之和精品資料RCC的工作(gngzu)流程 當Ic減小到0，VD中無電流流過，所有(suyu)繞組的電壓為0 N12的電壓也為0，VT脫離反偏狀態(tài) 接著，Vi再通過Rs為VT提供基極電流 電路重復上述工作過程，開始新一輪的振蕩精品資料RCC的工作(gn

4、gzu)波形 Ic VCE iD死區(qū)時間(shjin)TOFFTON精品資料RCC的工作(gngzu)波形V2精品資料磁通 RCC方式的回掃變換器主要作用是傳遞勵磁電流產生的能量 VT導通期間磁通增加，變壓器蓄積能量 截止(jizh)期間，釋放出蓄積的能量，磁通恢復到初始值 磁通增加量B=(Vi/N11xS)TON 磁通減少量B=(V2/N21xS)TOFF V2=N21/N11xTON/TOFFxVi精品資料磁通 由上式可知，當N21和N11和Vi恒定時，輸出電壓V2與TON及TOFF有關，控制其比值(bzh)就可使輸出電壓輸出穩(wěn)定 TON及TOFF之比稱為占空比精品資料振蕩(zhndng)

5、頻率 ICP=(Vi/L1)TON 集電極電流上升到峰值時，變壓器蓄積能量，其能量也是振蕩期間Ts供給(gngj)的輸入功率 P1Ts=1/2L1(ICP)2=1/2x(Vi2/L1)xTON2 f=1/2L1P1Vi/(1+N21Vi/N11V2)2 由上式可知，無論Vi是變化，還是P1變化，振蕩頻率都跟著改變 RCC的振蕩頻率一般選在20KHz以上精品資料控制電路 開關電源的控制電路有間接控制電路和直接控制電路兩類 本公司的產品一般采用直接控制電路 控制電路的作用是當輸入電壓或負載電流改變時改變開關管的導通時間，從而(cng r)使輸出電壓保持穩(wěn)定精品資料控制電路原理圖RsVD3Q1Q2C

6、1C2R1R2VD1R3R4PC1R5R6TL431R7R8AVD2C3C4N11N12N21精品資料控制電路的工作(gngzu)過程 繞組N12的交流電壓對電容C2反復進行充放電 Q1導通期間(qjin)，C2上的電壓升高，若升高到0.8V，Q2導通，則Q1截止 也就是說，Q1的導通期間(qjin)與C2上的電壓升高的0.8V的期間(qjin)是一致的，這樣，Q1導通期間(qjin)由C2的充電期間(qjin)決定，也決定了Q1的集電極電流的峰值（充電時間常數C2R2）精品資料控制電路的工作(gngzu)過程 當因某種原因輸出端的電壓發(fā)生變化時，精密電壓基準TL431通過采樣電阻R7，R8感

7、知此一變化，并通過PC1把此一變化反饋回初級側的控制(kngzh)電路 具體的過程為當輸出電壓升高時，IR10增大，流過TL431 AK端的電流增大，PC1中的發(fā)光二極管發(fā)光強度增大，流過光敏三極管電流增大，A點電位升高，Q2基極電壓提前升到0.8V，Q2導通，Q1截止，TON減小，從面使電壓保持穩(wěn)定 當輸出電壓減小時，控制(kngzh)過程和電壓升高的過程相反精品資料基極(j j)驅動電路VT1C1R2VT2R1C2VD1VT3VT1VT2R2VD1C1N12一般(ybn)的方法寬輸入電壓相對應的方法精品資料基極驅動(q dn)電路 一般的方法中，接入二極管VD1和電容C1，這是因為若只接入

8、電容，那只能用交流來驅動基極，而接二極管后，可有直流驅動基極，因此能獲得較長的導通時間 當輸入電壓的范圍較寬時，若采用一般的方法驅動基極，R2上消耗(xioho)的功率過大，不實用，可考慮采用第二種方法，電路中VT3為恒壓驅動晶體管精品資料柵極驅動(q dn)電路Q1Q2R1C1N12DZQ1Q2R1N12DZ圖1圖2VD1精品資料柵極(shn j)驅動電路圖1 Q1截止期間，C1以正反饋繞組(roz)N12感應的負電壓充電（下正上負），Q1導通期間，它與正反饋繞組(roz)的正電壓（上正下負）之和加到Q1的柵極 當Q1的漏極電流達到峰值時，柵極電壓可能超過10V 若柵極電壓達不到10V，RD

9、ON就會變大 柵極額定電壓一般為+/-30V,為防止柵極電壓超過額定值，電路中接入DZ（24V）。精品資料柵極(shn j)驅動電路圖2 圖2中去掉了電容，電阻R1和VD1并聯(lián)構成(guchng)柵極驅動電路 R1的作用是使ID上升時有一個斜率，從而減小Di/Dt VD1的作用是使MOSFET截止時其極間電容上的電荷能快速泄放，使其盡快截止精品資料RCD電路(dinl)C1R1VD1Q1Vi精品資料RCD電路(dinl) 在正激式電路中的作用為使變壓器蓄積的能量釋放出來，即使磁通恢復到初始值 目前(mqin)本公司的產品均為反激式開關電源 在反激式電路中的作用為保護開關管，使之免受開關管截止時

10、的高壓（Vi+變壓器在開關管截止瞬間產生的感生電勢）的損害 電路中，C的取值越大，電壓尖峰越低精品資料PWM回掃變換器電路(dinl)原理圖PWM控制器VCCGNDFBCLTL431VOUT精品資料PWM回掃變換器特點(tdin) PWM：Pulse-Width Modulation 脈寬調制 外圍元件較少 振蕩頻率固定 輔助繞組的極性和初級的極性相反 用PWM取代了控制電路中的部分(b fen)DIP元件 其工作方式有電流連續(xù)和電流不連續(xù)兩種 輔助線圈的整流方式有前向式和后向式兩種精品資料PWM控制器的功能(gngnng) 電源(dinyun)引腳VCC 驅動引腳Vout 反饋引腳FB 電流

11、限制引腳CL 接地引腳GND 決定振蕩周期的引腳CT和RT 外接軟起動電容的引腳CS 過電壓保護引腳SD精品資料PWM回掃變換器基本電路的電壓電流(dinli)波形TD漏源電壓(diny)二極管電流漏極電流柵極電壓DCMCCMTONTOFFTON精品資料DCM和CCM DCM電流不連續(xù)模式 CCM電流連續(xù)模式 由上圖可知，在DCM下，除開關管有電流流通期間TON以及整二極管有電流流通期間TOFF外，還有不連續(xù)期間TD 在不連續(xù)模式下工作時其輸出電壓可參照RCC的公式計算，但式中的是TOFF次級二極管導通時間 負載較輕時會(sh hu)出現電流不連續(xù)期間精品資料PWM電壓控制工作(gngzu)原

12、理 PWM比較(bjio)器-控制TON的電路+-PWM輸出A1FB比較器輸入比較器輸出逆變器輸出FB電壓三角波電壓精品資料PWM電壓控制工作(gngzu)原理 當輸出電壓高于設定值時，光電耦合器發(fā)光元件二極管流經的電流增大，發(fā)光強度增強，于是PC中受光元件光敏三極管集電極電壓降低，因PWM比較器A1的同相端加的是三角波電壓，從而輸出脈沖寬度變窄，TON導通時間變短，則輸出電壓降低。當輸出電壓降低時，與上述(shngsh)過程相反精品資料PWM電壓控制工作(gngzu)原理 對于電流連續(xù)工作方式，負載電流變化時，TON不一定改變，因TON恒定(hngdng)可使電流增大這是直接控制峰值電流的方

13、式，它比改變TON來控制峰值電流方式的響應速度更快精品資料OCP振蕩器RSRS觸發(fā)器PWM閉鎖(b su)脈沖輸出Q1R1RS+-A1Q1的峰值(fn zh)電流=Vz/RsVZ電流限制圖1精品資料OCP振蕩器RSRS觸發(fā)器PWM閉鎖脈沖(michng)輸出Q1Rs+-A1Q1的峰值(fn zh)電流=VR/RsVR電流限制圖2精品資料OCP 對于RCC變換器，開關管導通時流經開關管中的電流必須從零開始升，若TON的最大時間(shjin)已經確定，就可防止發(fā)生過流 但是當輸入電壓下降較大時，繞組N12感應的正向電壓也下降，從而使開關管導通的時間(shjin)變長而造成變壓器飽和 對于PWM回掃

14、變換器，因周期TS是恒定的，不會發(fā)生RCC的上述現象，然而，雖然設計到額定負載時為DCM，若過負載，就變?yōu)镃CM,即使TON的最大時間(shjin)已經設定，電流還會增大，有時會使變壓器飽和，故仍需要設OCP電路精品資料OCP 圖1中當Q1的電流(dinli)增大時，IRS增大，若IRS大于VZ，則比較器輸出高電平，RS觸發(fā)器置位輸出PWM閉鎖脈沖，Vout輸出低電平，開關管截止，輸出電壓降低 下一個開關脈沖使RS觸發(fā)脈沖復位，僅這周期間開關管截止。此種限流作用稱為Pulse by pulse current limitation 圖2中電路的工作原理和圖1相似精品資料PWM的啟振和停振電壓(

15、diny)N11N12Q2Q3VCCVCCC1a.啟動電流(dinli)較大時b.啟動電流較小時啟振電壓停振電壓t1C1上的電壓RS精品資料PWM的啟振和停振電壓(diny) 圖a中，啟振前輸入電源通過Q2為VCC提供電壓。啟振后，由N12繞組感應的電壓經整流濾波后提供，同時Q2截止 對于大多數PWM集成控制器，啟振電壓設定較高，停振電壓設定較低，還要設法使啟動電流較小，此時可使用圖b的電路 圖b中，接通電源時，輸入電壓經電阻RS對C1充電，C1的電壓升高到啟振電壓時電路開始(kish)振蕩精品資料PWM輔助繞組(roz)的整流方式 前向耦合式，感應電壓與輸入電壓成正比，若輸入電壓下降，VCC也跟著下降，降到停振電壓時，振蕩電路停止工作，這種輸入電壓低而使振蕩器停振的電路稱為低輸入禁止電路 后向耦合式，感應電壓與輸出電壓成正比，若過負載引起(ynq)輸出電壓下降，VCC