开关电源电路组成及常见各模块电路资料Word下载.docx

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在这两种状态中，加在功率晶体管上伏安乘积总是很小（在导通时，电压低，电流大；

关断时，电压高，电流小）。

功率器件上伏安乘积就是功率半导体器件上所产生损耗。

及线性电源相比，PWM开关电源更为有效工作过程是通过“斩波”，即把输入直流电压斩成幅值等于输入电压幅值脉冲电压来实现。

脉冲占空比是开关电源控制器来调节。

一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来生高或降低。

通过增加变压器二次绕组数就可以增加输出电压组数。

最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器主要目式保持输出电压稳定，其工作过程及线性形式控制器很类似。

也就是说控制器功能模块电压参考和误差放大器，可以设计成及线性调节器相同。

它们不同之处在于，误差放大器输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压脉冲转换单元。

开关电源有两种主要工作方式：

正激式变换和升压式变换。

尽管它们各部分布置差别很少，但是工作过程相差很大，在特定场合下个有优点。

正激式变换器优点式：

输出电压纹波峰峰值比升压式变换器低，同时可以输出比较高功率，正激式变换器可以提供数千瓦功率。

升压式变换器中峰值电流较高，因此只适合功率不大于150W应用场合，在所有拓扑中，这类变换器所用元器件最小，因而在中小功率应用场合中和流行。

开关电源工作原理是:

第一交流电源输入经整流滤波成直流;

第二通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;

第三开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;

第四输出部分通过一定电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出目.

3PWM开关电源组成模块

开关电源主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控制器电路、输出整流滤波电路组成。

辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

3.1输入电路原理及常见电路

3.1.1AC输入整流滤波电路原理

①防雷电路：

当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：

F1、F2、F3、FDG1组成电路进行保护。

当加在压敏电阻两端电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。

②输入滤波电路：

C1、L1、C2、C3组成双π型滤波网络主要是对输入电源电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生高频杂波对电网干扰。

当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效防止浪涌电流。

因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗能量非常小，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滤波后得到较为纯净直流电压。

若C5容量变小，输出交流纹波将增大。

3.2.2DC输入滤波电路原理

①输入滤波电路：

C1、L1、C2组成双π型滤波网络主要是对输入电源电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生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组成抗浪涌电路。

在起机瞬间，由于C6存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。

当C6上电压充至Z1稳压值时Q2导通。

如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机瞬间电流在RT1上产生压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短时间烧毁，以保护后级电路。

3.2功率变换电路

1、MOS管工作原理：

目前应用最广泛绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面电声效应进行工作。

也称为表面场效应器件。

由于它栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压大小，来改变半导体表面感生电荷多少，从而控制漏极电流大小。

2、常见原理图：

3、工作原理：

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。

在开关管Q1关断时，变压器原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。

从R3测得电流峰值信号参及当前工作周波占空比控制，因此是当前工作周波电流限制。

当R5上电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。

R1和Q1中结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容充放电直接影响着开关管开关速度。

R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；

R1过大，会降低开关管开关速度。

Z1通常将MOS管GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。

Q1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，变压器所储存能量也就越多；

当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位目，为变压器下一次存储、传递能量做好了准备。

IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比大小，从而稳定了整机输出电流和电压。

C4和R6为尖峰电压吸收回路。

3.3推挽式功率变换电路

Q1和Q2将轮流导通。

3.3.1有驱动变压器功率变换电路：

T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。

3.4输出整流滤波电路

3.4.1正激式整流电路

T1为开关变压器，其初极和次极相位同相。

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组成π型滤波器。

3.4.2反激式整流电路

T1为开关变压器，其初极和次极相位相反。

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组成π型滤波器。

3.4.3同步整流电路

工作原理：

当变压器次级上端为正时，电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通，电路构成回路，Q2为整流管。

Q1栅极由于处于反偏而截止。

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栅极由于处于反偏而截止。

L2为续流电感，C6、L1、C7组成π型滤波器。

R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。

3.5稳压环路原理

1、反馈电路原理图：

2、工作原理：

当输出U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1③脚电压升高，当其超过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脚电位相应变低，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，从而使输出电压保持稳定。

调节VR1可改变输出电压值。

反馈环路是影响开关电源稳定性重要电路。

如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：

波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。

3.6短路保护电路

1、在输出端短路情况下，PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内，它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分电路。

2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1及R2分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。

UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。

当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。

3、下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路消失后电路正常工作。

R2、C1是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。

4、下图是常见限流、短路保护电路。

其工作原理简述如下：

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。

5、下图是用电流互感器取样电流保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原理简述如下：

输出电路短路或电流过大，TR1次级线圈感应电压就越高，当UC3842③脚超过1伏，UC3842停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。

3.7输出端限流保护

上图是常见输出端限流保护电路，其工作原理简述如上图：

当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电压上升，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目。

3.8输出过压保护电路原理

输出过压保护电路作用是：

当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值范围内。

当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。

应用最为普遍过压保护电路有如下几种：

1、可控硅触发保护电路：

如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）控制端得到触发电压，因此可控硅导通。

Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路工作。

当输出过压现象排除，可控硅控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。

2、光电耦合保护电路：

如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器发光二极管发光，从而使光电耦合器光敏三极管导通。

Q1基极得电导通，3842③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源工作，Uo为零，周而复始，。

3、输出限压保护电路：

输出限压保护电路如下图，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，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管稳压值）。