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    開關電源的電源作業原理及各電路圖剖析
    時間:2021-04-21 08:45:45 點擊次數:59

    開關電源如今已經廣泛應用于工業自動化控制軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,LED燈具,通訊設備,視聽產品,安防監控,LED燈帶,電腦機箱,數碼產品和儀器類等領域幾乎隨處可見。

     

    開關電源的主要電路是由輸入電磁攪擾濾波器(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。輔助電路有輸入過欠壓維護電路、輸出過欠壓維護電路、輸出過流維護電路、輸出短路維護電路等組成的。

     

    開關電源的電路組成方框圖如下:

     

     

    ②輸入濾波電路:C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制,防止對電源干擾,同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。當電源開啟瞬間,要對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。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上,一定時間后溫度升高后RT1阻值減?。?/span>RT1是負溫系數元件),這時它消耗的能量非常小,后級電路可正常工作。

     

    ③整流濾波電路:交流電壓經BRG1整流后,經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。

     

    DC輸入濾波電路原理:

     

    R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間,由于C6的存在Q2不導通,電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現象,在起機的瞬間電流在RT1上產生的壓降增大,Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通,RT1將會在很短的時間燒毀,以保護后級電路。

     

    1、MOS管的工作原理:目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是MOSFETMOS管),是利用半導體表面的電聲效應進行工作的。也稱為表面場效應器件。由于它的柵極處于不導電狀態,所以輸入電阻可以大大提高,最高可達105歐姆,MOS管是利用柵源電壓的大小,來改變半導體表面感生電荷的多少,從而控制漏極電流的大小。

    常見的原理圖:


    R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器,和開關電源MOS管并接,使開關電源管電壓應力削減,EMI削減,不發生二次擊穿。在開關電源Q1關斷時,變壓器的原邊線圈易發生尖峰電壓和尖峰電流,這些元件組合一同,能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參加當前工作周波的占空比操控,因此是當前工作周波的電流約束。當R5上的電壓到達1V時,UC3842停止工作,開關電源Q1當即關斷。R1Q1中的結電容CGS、CGD一同組成RC網絡,電容的充放電直接影響著開關電源管的開關電源速度。R1過小,易引起振動,電磁干擾也會很大;R1過大,會降低開關電源管的開關電源速度。Z1通常將MOS管的GS電壓約束在18V以下,然后保護了MOS管。

    Q1的柵極受控電壓為鋸形波,當其占空比越大時,Q1導通時間越長,變壓器所貯存的能量也就越多;當Q1截止時,變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3開釋能量,同時也到達了磁場復位的目的,為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了預備。IC依據輸出電壓和電流時間調整著腳鋸形波占空比的大小,然后安穩了整機的輸出電流和電壓。C4R6為尖峰電壓吸收回路。

     

    2、 推挽式功率改換電路: Q1Q2將輪番導通。

      

    反激式整流電路:

     

    反激式整流電路:

     

    反饋電路原理圖:

     

    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安全范圍內,它可以用多種方法來實現限流電路,當功率限流在短路時不起作用時,只有另增設一部分電路。

     

    2、短路保護電路通常有兩種,下圖是小功率短路保護電路,其原理簡述如下:

    當輸出電路短路,輸出電壓消失,光耦OT1不導通,UC3842①腳電壓上升至5V左右,R1R2的分壓超過TL431基準,使之導通,UC3842⑦腳VCC電位被拉低,IC停止工作。UC3842停止工作后①腳電位消失,TL431不導通UC3842⑦腳電位上升,UC3842重新啟動,周而復始。當短路現象消失后,電路可以自動恢復成正常工作狀態。

     

    下圖是中功率短路保護電路,其原理簡述如下:

     

    下圖是用電流互感器取樣電流的保護電路

      

    輸出過壓保護電路的作用是:當輸出電壓超過設計值時,把輸出電壓限定在一安全值的范圍內。當開關電源內部穩壓環路出現故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現象時,過壓保護電路進行保護以防止損壞后級用電設備。

    應用最為普遍的過壓保護電路有如下幾種:

    可控硅觸發保護電路:

     

    光電耦合保護電路:

     

    輸出限壓保護電路:輸出限壓保護電路如下圖,當輸出電壓升高,穩壓管導通光耦導通,Q1基極有驅動電壓而道通,UC3842③電壓升高,輸出降低,穩壓管不導通,UC3842③電壓降低,輸出電壓升高。周而復始,輸出電壓將穩定在一范圍內(取決于穩壓管的穩壓值)。

      

    輸入電壓經L1、L2、L3等組成的EMI濾波器,BRG1整流一路送PFC電感,另一路經R1、R2分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣,用以調整控制信號的占空比,即改變Q1的導通和關斷時間,穩定PFC輸出電壓。L4PFC電感,它在Q1導通時儲存能量,在Q1關斷時施放能量。D1是啟動二極管。D2PFC整流二極管,C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路,另一路經R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣,用以調整控制信號的占空比,穩定PFC輸出電壓。

    原理圖:

     

    AC輸入和DC輸入的開關電源的輸入過欠壓保護原理大致相同。保護電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。取樣電壓分為兩路,一路經R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3腳,如取樣電壓高于2腳基準電壓,比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關斷,電源無輸出。另一路經R7、R8、R9、R10分壓后輸入比較器6腳,如取樣電壓低于5腳基準電壓,比較器7腳輸出高電平去控制主控制器使其關斷,電源無輸出。

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