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开关电源的电源作业原理及各电路图分析
时间:2021-09-13 08:25:31 点击次数:1443

开关电源现在已经广泛使用于工业主动化操控军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯带,电脑机箱,数码产品和仪器类等范畴几乎随处可见。


开关电源的首要电路是由输入电磁搅扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM操控器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压维护电路、输出过欠压维护电路、输出过流维护电路、输出短路维护电路等组成的。


开关电源的电路组成方框图如下:

  

输入滤波电路:C1L1C2C3组成的双π型滤波网络首要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行按捺,避免对电源搅扰,同时也避免电源自身发生的高频杂波对电网搅扰。当电源敞开瞬间,要对C5充电,因为瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有用的避免浪涌电流。因瞬时能量全耗费在RT1电阻上,必定时刻后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它耗费的能量十分小,后级电路可正常作业。


整流滤波电路:沟通电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的沟通纹波将增大。


DC输入滤波电路原理:

 

②R1R2R3Z1C6Q1Z2R4R5Q2RT1C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,因为C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上发生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时刻烧毁,以维护后级电路。


1MOS管的作业原理:目前使用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFETMOS管),是使用半导体外表的电声效应进行作业的。也称为外表场效应器件。因为它的栅极处于不导电状况,所以输入电阻能够大大提高,最高可达105欧姆,MOS管是使用栅源电压的巨细,来改动半导体外表感生电荷的多少,从而操控漏极电流的巨细。

常见的原理图: 


R4C3R5R6C4D1D2组成缓冲器,和开关电源MOS管并接,使开关电源管电压应力削减,EMI削减,不发生二次击穿。在开关电源管Q1关断时,变压器的原边线圈易发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测得的电流峰值信号参与当前作业周波的占空比操控,因此是当前作业周波的电流束缚。当R5上的电压抵达1V时,UC3842停止作业,开关电源管Q1当即关断。R1Q1中的结电容CGSCGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关电源管的开关电源速度。R1过小,易引起振动,电磁搅扰也会很大;R1过大,会下降开关电源管的开关电源速度。Z1一般将MOS管的GS电压束缚在18V以下,然后维护了MOS管。

Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时刻越长,变压器所贮存的能量也就越多;当Q1截止时,变压器通过D1D2R5R4C3开释能量,同时也抵达了磁场复位的意图,为变压器的下一次存储、传递能量做好了预备。IC依据输出电压和电流时刻调整着脚锯形波占空比的巨细,然后安稳了整机的输出电流和电压。C4R6为尖峰电压吸收回路。


2 推挽式功率改换电路: Q1Q2将轮流导通。

   

反激式整流电路:

 

反激式整流电路:

 

反馈电路原理图:

 

1、在输出端短路的情况下,PWM操控电路能够把输出电流约束在一个安全范围内,它能够用多种方法来完成限流电路,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、短路维护电路一般有两种,下图是小功率短路维护电路,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,R1R2的分压超越TL431基准,使之导通,UC3842⑦VCC电位被拉低,IC停止作业。UC3842停止作业后脚电位消失,TL431不导通UC3842⑦脚电位上升,UC3842重新启动,循环往复。当短路现象消失后,电路能够主动康复成正常作业状况。


下图是中功率短路维护电路,其原理简述如下:

 

下图是用电流互感器取样电流的维护电路

  

输出过压维护电路的作用是:当输出电压超越规划值时,把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路呈现故障或者因为用户操作不当引起输出过压现象时,过压维护电路进行维护以避免损坏后级用电设备。

使用最为普遍的过压维护电路有如下几种:

可控硅触发维护电路:

 

光电耦合维护电路:

 

输出限压维护电路:输出限压维护电路如下图,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,输出下降,稳压管不导通,UC3842③压下降,输出电压升高。循环往复,输出电压将安稳在一范围内(取决于稳压管的稳压值)。

  

输入电压经L1L2L3等组成的EMI滤波器,BRG1整流一路送PFC电感,另一路经R1R2分压后送入PFC操控器作为输入电压的取样,用以调整操控信号的占空比,即改动Q1的导通和关断时刻,安稳PFC输出电压。L4PFC电感,它在Q1导通时储存能量,在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2PFC整流二极管,C6C7滤波。PFC电压一路送后级电路,另一路经R3R4分压后送入PFC操控器作为PFC输出电压的取样,用以调整操控信号的占空比,安稳PFC输出电压。

原理图:

 

AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压维护原理大致相同。维护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。取样电压分为两路,一路经R1R2R3R4分压后输入比较器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,比较器1脚输出高电平去操控主操控器使其关断,电源无输出。另一路经R7R8R9R10分压后输入比较器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,比较器7脚输出高电平去操控主操控器使其关断,电源无输出。


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