电脑开关电源设计及工作原理Word文档下载推荐.docx
《电脑开关电源设计及工作原理Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电脑开关电源设计及工作原理Word文档下载推荐.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
图16-3桥式整流滤波简化电路
（2）波形及输出电压
空载时即负载电阻为无穷大：
；
带负载时：
通常取
，RC越大
越大，为了获得良好的滤波效果。
图16-4整流电压输出波形和二极管电流波形
2．其他形式滤波电路
（1）电感滤波电路
电路如图16-5所示，电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。
直流分量被电感L短路，交流分
量主要降在L上
，电感越大，滤波效果越好。
一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。
（2）π型滤波
为了进一步减小负载电压中的纹波可采用π型LC滤波电路（见图16-6）。
由于C1、C2对交流容抗小，而电感对交流阻抗很大，因此，负载RL上的纹波电压很小。
稳压电路
16.4.1并联稳压电路
调整管并与负载并联的稳压电路，称为并联型晶体管稳压电路。
硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16-7所示。
它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。
1．当输入电压变化时如何稳压
根据电路图16-7可知：
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。
这一稳压过程可概括如：
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
这里VO减小应理解为，由于输入电压VI
的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加
没有那么大而已。
VO还是要增加一点的，这是
一个有差调节系统。
2．当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，图16-7硅稳压二极管稳压电路
即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。
IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。
这一稳压过程可概括如下：
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。
16.4.2线性串联型稳压电路
1．线性串联稳压电源原理
采用三极管作为调整管并与负载串联的稳压电路，称为串联型晶体管稳压电路；
当调整管工作在线性放大状态则称为线性稳压器。
线性串联稳压电源的工作原理可用图16-8来说明。
显然，VO=VI-VR，当VI增加时，R受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。
若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。
图16-8线性串联稳压电源的工作原理图16-9串联型稳压电路
2．实际串联稳压电路组成
在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。
要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。
3．典型的串联型稳压电路
典型的串联型稳压电路如图16-9所示。
它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源，采样电路几个部分组成。
（1）输入电压变化，负载电流保持不变
输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。
误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
（2）负载电流变化，输入电压保持不变
负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
（3）输出电压调节范围的计算
根据图16-9可知Vf≈VREF，
调节R2显然可以改变输出电压。
图16-10为实际的串联型稳压电源电路，分别由整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分组成
图16-10串联型稳压电源电路
其中：
整流电路：
D1～D4；
滤波电路：
C1；
调整管：
T1、T2；
基准电压电路：
、R、DZ；
比较放大电路：
A；
取样电路：
R1、R2、R3。
为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“-”下为“＋”。
输出电压的表达式为：
线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。
目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。
线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。
16.4.3三端集成稳压电路
1．线性三端集成稳压器的分类
线性三端集成稳压器主要有以下几种类型：
三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78、CW78M、CW78L
三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79、CW79M、CW79L
三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117、CW117M、CW117L、CW217、CW217M、CW217L、CW317、CW317M、CW317L、
三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137、CW137M、CW137L、CW237、CW237M、CW237L、CW337、CW337M、CW337L
2．CW7800系列（正电源），CW7900系列（负电源）
输出电压：
5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V
输出电流：
78L×
×
/79L×
—输出电流100mA；
78M×
/9M×
—输出电流500mA；
78×
/79×
—输出电流1.5A。
如CW7805输出5V，最大电流1.5A；
CW78M05输出5V，最大电流0.5A；
CW78L05输出5V，最大电流0.1A。
封装和符号如图16-11所示
图16-11CW7800系列、CW7900系列封装和符号
3．三端可调输出集成稳压器
三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共
端的电流非常小，因此可以用少量的外部
元件方便地组成精密可调的稳压电路，应
用更为灵活。
图16-12为可调输出集成
稳压器封装。
图中ADJ称为电压调整端，
因所有偏置电路和放大器的静态工作点电
流都流到稳压器的输出端，所以没有单独图16-12可调输出集成稳压器封装
引出接地端。
CW117、CW217、CW317中CW后第一个数字1、2、3意义如下：
1---为军品级；
2---为工业品级；
3---为民品级。
军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃；
工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃;
民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。
4．应用电路
（1）三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图16-13所示。
（2）三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图16-14所示。
可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。
图16-14三端固定输出集成稳压器图16-14三端可调输出集成稳压器
直流稳压电源设计
16.5.1电路设计要求
为超温告警电路（见18.3）设计固定输出9V直流稳压电源。
16.5.2电路设计及电路原理
直流电源主要由降压，整流，滤波、稳压、指示、保护等电路组成，根据超温告警电路元器件的组成，设计了如图16-15所示电路。
由于输出电压决定于集成稳压器，所以输出电压为9V，最大输出电流为1.5A。
为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压UO至少大2.5～3V。
输入端电容C2用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可抑制电源的高频脉冲干扰。
一般取0.1～1μF。
输出端电容C3、C4用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。
D2是保护二极管，用来防止在输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。
图16-15整流稳压电源
元器件选择
1．电源变压器选择220/12V6W（降压电路）
选择理由：
符合电压和功率要求，电压过大,三端稳压器容易发热，选择过小达不到输出稳定电压的目的，功率大变压器成本过高，过小的话变压器容易损坏。
区分降压变压器的原边和副边：
分别测量原边和副边的电阻值，大的为原边，小的为副边，理由：
原边绕组扎数假设为副边的N倍，则原边绕组铜线比副边长许多倍，根据变压器变电压、变电流原理、变阻抗原理，副边电流为原边的N倍，因此副边的绕组直径应该比原边粗很多，因此原边电阻远远大于副边。
变压器好坏判断：
变压器原边电阻过小、无穷大或副边电阻为无穷大，则变压器为坏。
一般小功率降压变压器原边电阻在几百到几千欧姆之间，副边电阻在零点几到几十欧姆之间。
具体看功率和变压比；
测量线圈和磁铁的电阻，正常应为无穷大。
2．整流桥的元器件选择（整流电路）
选集成整流桥电流1A，或者使用4个IN4001整流二极管组成桥式整流电路，其电流为1A，
电流过大的话，成本过高，电流过小容易发热损坏。
整流桥好坏判断：
整流二极管好坏判断:
利用数字万用表的二极管档测量，红、黑表笔分别接整流二极管的两脚如果电压为0.7V左右则，与红表笔相连的为二极管的正极，另一脚为负极，如果电压值超过量程，则换脚测量，压降为0.7V左右，与红表笔相连的为二极管的正极，另一脚为负极，如果两次测量的电压过大则二极管被击穿，两次测量的电压都过小则二极管被击穿短路，都不能用。
整流桥堆好坏判断：
把数字万用表置二极管档测量，红表笔分别接AC（交流电源输入端），黑表笔接直流电源输出正端则两次万用表都应显示0.7V左右电压。
然后用黑表笔接直流电源输出副端，黑表笔分别接AC端，两次用表都应显示0.7V左右电压，如果电压值不对则整流二极管损坏，应更换元器件（注意用指针式万用表测量用电阻档，其中黑表笔为电源＋）。
3．电容器C1、C1、C3、C4的选择（滤波电路）
C4一般选用大电容，则滤波后的电压比较稳定，这里选用1000UF/25V电解电容,C3一般选用较大电容，则滤波后的电压比较稳定，这里选用47UF/16V电解电容
C3、C4一般瓷片电容，电容值为0.1UF，滤除高频信号对电路的干扰。
电解电容好坏判断：
以及正负引脚判断：
主要依据为电容冲放电原理或外观。
电解电容长脚为正短脚为负，或者标“-”为负极。
用万用表测量两端阻若为无穷大和非常小均为坏。
正常情况先给电解电容放电，用万用表电阻档（100或1K）测量，表笔的正极接电解电容的正极，负表笔接电解电容的负极，这是电池电源给电解电容充电，电阻较小，当电解电容充满电时不再充电，反应在电阻上开始充电时电阻小，充满电时理论上电阻为无穷大，电容为好，如果用模拟式万用表测量则表现为指针先向右偏转然后向左偏置置做大附近。
万用表表笔更换测量两次所测电阻均为无穷大表示电容干涸，都比较小表示漏电严重。
4．稳压器的选择：
（稳压电路）
稳压器选择主要依据是根据负载电压和功率要求选择。
由于18.3超温告警电路的后续电路要使用电磁继电器，多种CMOS芯片，因此选用稳压器输出电压为9伏，因此选用7809系列，而7809系列按电流分有三种分别为L7809,M7809以及7809，电流分别为100mA,500mA,1.5A考虑到后续电路负载较大因此选用7809（1.5A）。
5．指示、保护电路
可给直流电源加电源指示灯，可以并联在C4两端，用绿色LED作为显示灯。
限流电阻选择：
LED工作电压一般为1.5～3V左右，且LED为电流控制型，电流正常发光时大约为10mA左右,这样的电流即保证了亮度又不至于电流过大而烧坏。
因此限流电阻阻值R=（9-2）/10约为700欧姆，选择标准电阻680欧姆.
电路制作与调试
1．变压器检测
原边，副边不要接反：
接反会造成触电和烧坏元器件，因为降压变压器会变成升压变压器，电压会高达几千伏，整流桥以及后续电路均会烧坏。
所以先要辨别变压器的原边、副边。
要保证变压器是好的：
如果变压器原边短路，会烧掉保险丝，会使配电箱空气开关跳闸，严重时会烧坏开关。
电源线不要绞在一起造成短路这样会使配电箱空气开关跳闸，严重时会烧坏开关。
原边的接线部位不要裸露在外，否则易造成触电事故。
2．整流桥检测
负载电流不超过要整流桥允许通过的电流负载易造成整流桥的损坏。
要保证整流桥各整流二极管正常，否则整流电压过低不能保证输出正常电压。
要保证整流桥后续负载不能短路：
测量整流桥直流输出端的电阻，不能太小。
3．滤波电路
电解电容不要接反，接反会引起电容损坏甚至爆炸。
4．稳压电路
三端稳压器各引脚不要接反，否则不能正常输出稳压电源。
5．负载检查
直流稳压电源负载不能短路否则易造成稳压器发热甚至烧坏。
预防办法：
测量稳压输出端电阻，不能为零。
6．指示、保护电路
保险丝两端不要裸露在外因为两端有220V电压，易造成触电事故。
保护二极管不能接反。
总之焊接上述元器件前、通电前都要对元件、电路进行检查、检测。
保证元器件良好，电路连接正常。
电脑开关电源图1
电脑开关电源图2
电脑开关电源PWM控制芯片KA3511原理,功能,特点,引脚及应用电路
1引言
本文介绍的美国快捷公司生产的PCSPMS次边监控芯片KA3511，是一种改进型的固定频率PWM控制IC。
用其设计PC电源，是目前比较理想的选择。
2引脚功能及主要特点
KA3511采用22脚DIP封装，引脚排列如图1所示。
KA3511主要由振荡器、误差放大器、PWM比较器、过电压保护（OVP）与欠电压保护（UVP）电路、遥控开/关控制电路、电源好（pwoergood）信号产生器和精密参考电压等单元电路所组成，引脚功能如表1所示。
表1引脚功能
脚号
名称
功能
1
VCC
电源电压
2
COMP
误差放大器（E/A）输出
3
E/A（－）
E/A反向输入
4
E/A（＋）
E/A同相输入
5
TREM
遥控开/关延迟
6
REM
遥控开/关输入
7
RT
振荡器频率设定电阻
8
CT
振荡器频率设定电容
9
DET
欠电压检测输入
10
TPG
电源好（PG）信号延迟
11
PG
电源好信号输出
12
Vref
5.03V±
2％的参考电压
13
V3.3
3.3V输出的OVP、UVP输入
14
V5
5V输出的OVP、UVP输入
15
V12
12V输出的OVP、UVP输入
16
PT
另外的保护输入
17
TUVP
UVP延迟
18
GND
信号地
19
DTC
死区时间控制输入
20
C2
输出驱动
21
E
功率地
22
C1
KA3511的主要特点如下：
（1）只需很少量的外部元件，就可以组成性能优良的SPMS辅助电路；
（2）固定频率、可变占空比电压型PWM控制；
（3）利用死区时间控制实现较启动；
（4）为推挽操作对偶输出，每个输出晶体管的电
流容量为200mA；
（5）对于SMPS的＋3.3V、＋5V和＋12V输出，
具有OVP和UVP功能；
（6）遥控开/关控制功能；
（7）为监视电源电压电平，使微处理器安全操作，
内置电源好信号产生器；
（8）精密电压参考，容差为±
2％（4.9V≤Vref≤
5.1V）；
（9）电源电压VCC=14～30V，待机（standby）电
流（ICC）典型值是10mA。
3工作原理
31振荡器
KA3511是固定频率PWM控制IC，内部线性锯齿波振荡器的频率由IC脚7外部电阻RT和脚8外部电容CT设定：
fosc=
32PWM控制电路
KA3511的PWM控制电路如图2所示，图3为其工作波形。
误差放大器用作感测电源输出电压，它的输出连接到PWM比较器的同相输入端。
死区时间控制比较器有一个0.12V的失调电压，以限制最小输出死区时间。
PWM比较器为误差放大器调节输入脉冲宽度提供了一个手段。
当振荡器定时电容CT放电时，在死区时间比较器输出上产生一个正脉冲。
时钟脉冲控制触发器，并使输出晶体管Q1和Q2禁止。
为使Q1和Q2推挽工作，脉冲控制触发器将调制脉冲对准Q1和Q2中的一只晶体管，其输出频率是振荡器频率的一半。
输出PWM通过CT上的正锯齿波与两个控制信号中的任意一个进行比较完成。
或非（NOR）门驱动输出晶体管Q1和Q2使能，此情况仅当触发器时钟输入为低电平时发生。
随控制信号幅值的增加，输出脉冲宽度相应变窄。
控制信号是电源输出的反馈输入，亦即误差放大器输入。
33软启动电路
KA3511的软启动电路如图4所示。
软启动的目的是防止SMPS的输出（3.3V/5V/12V）在启动时上升太快，达到OVP电平。
在主电源开始接通时，死区时间控制电压为3V，尔后进入低态。
低态电压由R1和R2决定：
VDTC（LOW）=×
由于Vref=5V，R1=47kΩ，R2=1kΩ，故VDTC（LOW）≈105mV。
在软启动过程中，电源输出上升时间典型值是15ms，输出占空比从最小到最大变化。
如果遥控电压为“高”（“H”）态时，死区时间控制电压通过IC内3mA的电流源保持在3V[=3mA×
R2（1kΩ）]。
当遥控电压变为“低”（“L”）态时，死区时间控制电压将从3V变为0V。
34输出电压调节
输出电压调整电路如图5所示。
＋5V和＋12V的输出电压由R1、R2与R3及R4的电阻比确定。
如果输出电压（＋5V或＋12V）升高或降低，KA3511通过PWM控制比较器信号和误差放大器输出，使主电源开关的占空比相应变化，实现SMPS输出电压的调节。
R5与C1组成补偿电路，以使系统稳定。
35OVP电路
OVP电路如图6所示。
OVP功能通过IC脚13、脚14和脚15分别连接到SMPS次边＋3.3V、＋5V和＋12V的输出实现。
IC内部电阻R1与R2、R3与R4和R5与R6的电阻比与参考电压Vref决定每一个OVP电平。
例如，对于＋3.3V输出的OVP门限电压为：
VOVP1（＋3.3V）=×
VA=×
Vref=4.1V
同理，R3与R4、R5与R6决定的＋5V和＋12V输出的OVP电平分别是62V和142V。
IC脚16（PT）是OVP比较器的另一个保护输入，OVP电平由PT外部电阻R101和R102决定（典型值是115V）。
36UVP电路
KA3511的UVP电路如图7所示。
该电路由带三个输入的UVP比较器及R1与R2、R3与R4和R5与R6电阻分压器组成。
对于SMPS次边＋3.3V、＋5V和＋12V的三个输出，每一个UVP电平分别是2.3V、4V和10V。
37遥控开/关与延迟电路
KA3511的遥控开/关及延迟电路如图8所示。
这部分电路利用微处理器控制。
如果有一个大信号施加到IC脚6，比较器输出高电平，并被传送到开/关延时电路和电源好（PG）电路。
如果没有信号施加到脚6，脚6则保持5V的高电平。
当REM（脚6）=“H”时，在经过约8ms的开通延时之后，PWM=“H”，主SMPS关断。
当REM=“L”时，在经过约24ms的延时之后，PWM=“L”，主SMPS则工作。
3.8R/S触发器电路
图9为KA3511的R/S触发器电路。
R/S触发器由OVP、UVP和一些延迟的遥控开/关信号控制。
如果OVP或UVP输出是高电平，触发器置位信号则为高态，PWM亦为“高”，主电源关断。
当遥控信号是高态时，它的延迟输出信号施加到R/S触发器的复位端口，导致置位为低态，从而使输出Q是低态。
在这个时间中，PWM通过延迟的遥控高信号保持在高态。
在主电源被OVP/UVP和通过遥控初始化关断之后，如果遥控信号变为低态，主电源则开始工作。
图9R/S触发器电路
图10电源好信号产生器电路
图11KA3511应用电路
电源好信号产生器
KA3511的电源好信号产生器电路如图10所示。
电源好信号产生器电路产生依赖于输出电
升级会员 