開關電源各模塊原理實圖講解.doc

_開關電源原理一、 開關電源的電路組成：開關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。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。開關電源的電路組成方框圖如下：二、 輸入電路的原理及常見電路：1、AC輸入整流濾波電路原理： 防雷電路：當有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。 輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙型濾波網(wǎng)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(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)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?。≧T1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。 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(chǎn)生的高頻雜波對電網(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。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導通，電流經(jīng)RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現(xiàn)象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chǎn)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。三、 功率變換電路：1、 MOS管的工作原理：目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是MOSFET（MOS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(tài)，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。2、 常見的原理圖： 3、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關MOS管并接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，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測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷 。R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了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，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào)整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。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將輪流導通。5、有驅(qū)動變壓器的功率變換電路：T2為驅(qū)動變壓器，T1為開關變壓器，TR1為電流環(huán)。四、 輸出整流濾波電路：1、 正激式整流電路： T1為開關變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，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為開關變壓器，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為假負載，C4、L2、C5組成型濾波器。3、 同步整流電路： 工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經(jīng)C2、R5、R6、R7使Q2導通，電路構成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經(jīng)C3、R4、R2使Q1導通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。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：當輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1腳電壓升高，當其超過U1腳基準電壓后U1腳輸出高電平，使Q1導通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通，UC3842腳電位相應變低，從而改變U1腳輸出占空比減小，U0降低。當輸出U0降低時，U1腳電壓降低，當其低過U1腳基準電壓后U1腳輸出低電平，Q1不導通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導通，UC3842腳電位升高，從而改變U1腳輸出占空比增大，U0降低。周而復始，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)路是影響開關電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產(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安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來實現(xiàn)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，左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，UC3842腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基準，使之導通，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不導通UC3842腳電位上升，UC3842重新啟動，周而復始。當短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動恢復成正常工作狀態(tài)。3、右圖是中功率短路保護電路，其原理簡述如下：當輸出短路，UC3842腳電壓上升,U1 腳電位高于腳時，比較器翻轉(zhuǎn)腳輸出高電位，給C1充電，當C1兩端電壓超過腳基準電壓時U1腳輸出低電位，UC3842腳低于1V，UCC3842停止工作，輸出電壓為0V，周而復始，當短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時間常數(shù)，阻值不對時短路保護不起作用。 4、 左圖是常見的限流、短路保護電路。其工作原理簡述如下： 當輸出電路短路或過流，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1V時，UC3842關閉無輸出。5、右圖是用電流互感器取樣電流的保護電路，有著功耗小，但成本高和電路較為復雜，其工作原理簡述如下：輸出電路短路或電流過大，TR1次級線圈感應的電壓就越高，當UC3842腳超過1伏，UC3842停止工作，周而復始，當短路或過載消失，電路自行恢復。七、輸出端限流保護： 左圖是常見的輸出端限流保護電路，其工作原理簡述如下： 當輸出電流過大時，RS（錳銅絲）兩端電壓上升，U1腳電壓高于腳基準電壓，U1腳輸出高電壓，Q1導通，光耦發(fā)生光電效應，UC3842腳電壓降低，輸出電壓降低，從而達到輸出過載限流的目的。八、輸出過壓保護電路的原理：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(nèi)。當開關電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現(xiàn)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：1、可控硅觸發(fā)保護電路： 如左圖，當Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管（Z3）擊穿導通，可控硅（SCR1）的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導通。Uo2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過R對地泄放，可控硅恢復斷開狀態(tài)。2、光電耦合保護電路：如右圖，當Uo有過壓現(xiàn)象時，穩(wěn)壓管擊穿導通，經(jīng)光耦（OT2）R6到地產(chǎn)生電流流過，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通。Q1基極得電導通，3842的腳電降低，使IC關閉，停止整個電源的工作，Uo為零，周而復始，。3、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(wěn)壓管導通光耦導通，Q1基極有驅(qū)動電壓而道通，UC3842電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導通，UC3842電壓降低，輸出電壓升高。周而復始，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、輸出過壓鎖死電路： 圖A的工作原理是，當輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導通，光耦導通，Q2基極得電導通，由于Q2的導通Q1基極電壓降低也導通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導通，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始終導通，UC3842腳始終是低電平而停止工作。 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)整控制信號的占空比，即改變Q1的導通和關斷時間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC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。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，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)整控制信號的占空比，穩(wěn)定PFC輸出電壓。十、輸入過欠壓保護：1、 原理圖：2、 工作原理：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(jīng)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(jīng)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。十一、電池管理：1、 電池管理原理圖：虛線框A內(nèi)的零件組成電池啟動和關斷電路；虛線框B為電池充電線性穩(wěn)壓電路；虛線框C為電子開關電路；虛線框D為電池充電電流限制電路。2、 電池啟動原理：輸入電壓由INPUT和AGND端輸入，分為三路。第一路經(jīng)D7直接送后級和電池啟動、關斷電路。R28、R27、R26分壓后的電壓使U3導通（此電壓在設計時已計算好了，正常工作時高于2.5V），光藕OT1導通。R25為U3提供工作電壓，R23、R24為光藕的限流及保護電阻。光藕導通后電源經(jīng)R22、OT1、D9給Q4提供基極偏置電壓，Q4導通，R21為Q4的下偏置電阻。繼電器RLY1-A的線圈中有電流流過，繼電器觸點RLY1-B吸合，將電池BAT接入電路中。D4為阻止在Q4關斷時繼電器線圈產(chǎn)生的電動勢影響后級電路，D5為防止在Q4關斷時繼電器線圈產(chǎn)生的電動勢損壞Q4，將繼電器線圈產(chǎn)生的能量釋放。3、 電池充電穩(wěn)壓原理：在通電的初期，由于Q3沒有偏置而不導通，D3的正端無電壓。電源經(jīng)R1降壓Z1穩(wěn)壓后給U1和U2提供工作電壓。R2、U1組成基準電壓，R13、R4、R5、R6、VR1組成電池電壓檢測電路，當U2腳檢測電壓低于腳電壓時，其腳輸出高電平，經(jīng)R14給Q2提供偏置電壓，Q2導通、Q3也跟著導通，電源經(jīng)Q3、D3、繼電器觸點RLY1-B、F1給電池BAT充電。當U2腳檢測電壓高于腳電壓時，其腳輸出低電平，Q2失去偏置電壓而截止，Q3截止，D3的正端無電壓，其負極電壓下降，U2腳檢測電壓也跟著下降，當U2腳檢測電壓低于腳電壓時，其腳輸出高電平，Q2、Q3導通繼續(xù)充電，如此周而復始，使D3的負端電壓維持在某一設定值。調(diào)節(jié)VR1可以改變充電電壓值。4、 電池充電限流原理：在充電的過程中，電流經(jīng)Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回到地（AGND）。在電池充電的初期，因電池電壓比較低，流經(jīng)Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20的電流就會增大，那么在R20上產(chǎn)生的壓降就會增大(R20為電流取樣電阻)。電阻R20的上端S點經(jīng)R11連接到U2B的同相輸入端腳，U2B的反相輸入端腳有一固定參考電壓，當R20上的壓降超過參考電壓時，U2腳輸出高電平，經(jīng)D2、R15給Q1提供偏置電壓，Q1因此導通。Q1導通后Q2因失去基極電壓而截止，將使線性穩(wěn)壓器的輸出關斷，Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回路中就沒有電流流過，R20上的壓降消失，U2腳輸出低電平，Q1截止，Q2、Q3導通繼續(xù)充電，如此周而復始，就將充電電流限制在某一設定值范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)R10、R11可改變限流點。5、 電池欠壓關斷原理：當輸入電壓沒有時，電池電壓經(jīng)D6給后級和電池啟動、關斷電路供電。當電池電壓下降，U3腳電壓也跟著下降，在電池電壓下降至設計關斷點時（也就是U3腳電壓低于2.5V時），U3不導通，OT1不發(fā)生光電藕合，Q4無偏置而截止，繼電器RLY1-A的線圈中沒有電流流過，繼電器觸點RLY1-B斷開，將電池BAT從電路中斷開，防止電池過放電而損壞。改變R26、R27的阻值，可以改變電池欠壓關斷時的電壓值。十二、智能風扇散熱：1、 在開關電源中，對電源進行散熱的方式有很多種，智能散熱就是其中之一。它是隨電源工作時的溫度高低，來調(diào)節(jié)散熱風扇的工作電壓而改變風力大小，達到最佳散熱效果。有著節(jié)能的目的。其原理圖如下： 2、 工作原理：輸入電壓由INPUT端（1213V）輸入，R6為U2提供工作電壓，R7、R8阻值相同，分壓后為TL431提供觸發(fā)電壓，使A點的基準電壓在+5V；RT1為負溫度系數(shù)熱敏電阻，經(jīng)R1、R2分壓加在U1的反相輸入端腳。R5為輸出電壓取樣電阻，與R4分壓后加在U1的同相輸入端腳；Q1為電子開關管；風扇電壓由FANOUT端輸出。 在剛通電的時候，由于Q1還沒導通，C點無電壓，U1的腳電壓高于腳，因此U1腳輸出低電平，Z1擊穿導通，Q1導通，C點有電壓輸出；應Q1的發(fā)射極接輸入電壓端，因此C點電壓約等于輸入電壓，經(jīng)R5與R4分壓后加在U1的同相輸入端腳，使腳電壓高于腳電壓，U1腳輸出高電平，Z1不導通，Q1不導通，C點無電壓輸出；使腳電壓又低于腳電壓，U1腳又輸出低電平，如此反復最終使C電壓穩(wěn)定在某一值（因腳電壓不變）；也就是說C點的電壓是隨B點的電壓變化而變化的。開關電源工作的初期（或輕載工作），機內(nèi)溫度低，熱敏電阻RT1的內(nèi)阻很大，B點的電壓相對較低，因此C點的輸出電壓也低，風扇因工作電壓低而轉(zhuǎn)速慢、風力小。當開關電源機內(nèi)溫度逐漸升高（滿載工作），熱敏電阻RT1的內(nèi)阻逐漸減小，B點的電壓也升高，因此C點的輸出電壓也跟著升高，風扇因工作電壓升高而轉(zhuǎn)速加快、風力加大。當機內(nèi)溫度下降后，熱敏電阻內(nèi)阻逐漸增大，B點電壓下降，C點的輸出電壓也降低，風扇因工作電壓低而轉(zhuǎn)速變慢、風力小。當B點電壓（溫度）升高到一定程度時，U1腳電壓高于腳基準電壓，U1腳輸出高電平，一路經(jīng)D1、R13返回到B點，使U1腳始終輸出高電平（也就是自鎖）；另一路經(jīng)D2輸出到過溫保護電路，實現(xiàn)過溫保護功能。十三、均流技術：1、 在通訊設備或其它用電設備中，為了使系統(tǒng)不間斷的工作，對供電系統(tǒng)的要求就很高。除了要求電源本身的性能要穩(wěn)定外，另一種方法就是采用1+1備分的方式，就是一臺設備用兩臺電源并聯(lián)供電，當其中的一臺損壞，另外一臺可繼續(xù)給系統(tǒng)供電。在正常工作時，每臺電源提供的能量相等，也就是它們輸出的電壓、電流基本一致。為了使每臺電源輸出的電壓、電流基本一致，就要用到均流技術。原理如下圖所示： 均流電路原理圖2、 工作原理：U1A、R1R7、C1C5、VR1組成電流取樣電壓放大器；U1B、D1組成電壓跟隨器；R10為均流電壓輸出電阻；R11R14、U2A、C6C10組成平衡電壓比較器；R15R17、Q1為電子開關；R30R33、C17、C18、U2B組成過流保護電路；R1928、D2、D3、D4、C12C14、Q2是電源的輸出電壓穩(wěn)壓環(huán)路，其中D2、D3、R19R21為輸出電壓取樣電路。D6為輸出隔離二極管。電源在工作時，由電流環(huán)或錳銅絲檢測的電流取樣電壓由+IS、-IS加入U1A組成的電壓放大器進行放大，經(jīng)R5、R6、R7、VR1分壓后分兩路輸出，一路送入U1B電壓跟隨器，D1起隔離作用，防止均流母線上的電壓變化對前級電路產(chǎn)生影響，另一路送過流保護電路。經(jīng)過電壓跟隨器后的電流取樣電壓又分為兩路，一路經(jīng)R10輸出作為均流信號電壓JL+，另一路經(jīng)R11送入U2A組成的平衡電壓比較器與U2腳的參考電壓進行比較，當U2腳電壓高于腳電壓，其輸出高電平，Q1基極得電導通，將R17、R18并入輸出電壓取樣電路，使輸出電壓升高，輸出電壓升高后輸出電流就會減小，檢測的電流取樣電壓也就降低，均流信號電壓JL+降低，U2腳電壓低于腳電壓，其輸出低電平，Q1截止，R17、R18從輸出電壓取樣電路中退出，輸出電壓降低。如此循環(huán)，最終使輸出電壓、電流保持穩(wěn)定。如右圖，當兩臺電源并機工作時，其輸出端是并接在一起的，均流信號線也連接在一起?，F(xiàn)在假設電源A的輸出電流Io1大于電源B的輸出電流Io2，在兩臺電源內(nèi)部的電流取樣電壓就會A高于B，也就是JL1+高于JL2+，而JL1+和JL2+是接在同一條線上（均流母線），因此JL2+升高，通過電源B內(nèi)部均流電路的控制迫使其輸出電壓升高，Io2增大，Io1減?。ㄘ撦d電流不變）；Io2高于Io1時，其控制過程剛好相反，如此循環(huán)，最終使兩臺電源的輸出電壓、電流保持一致。 Q3、C19、R34R36組成的電路的作用是，在電源啟動初期輸出電壓低或輸出欠壓時Q3導通，使U2A腳處于低電位，U2A腳輸出低電平，Q1截止，也就是使均流電路不起作用。 VR1可調(diào)節(jié)均流信號的電壓值，也可調(diào)節(jié)輸出限流點。THANKS !致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學習課件等等打造全網(wǎng)一站式需求歡迎您的下載，資料僅供參考-可編輯修改-