开关电源基本原理

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1、一、开关电源的电路组成:开关电源原理开关电源的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。开关电源的电路组成方框图如下：二、输入电路的原理及常见电路:1、AC输入整流滤波电路原理:防雷单元F1lTF2 -电磁干扰滤波器（EMI）L2kf TTTX整流、滤波MOV1-UJ-,_l -L C1MOV3口 ITMOV2 -FDGCASEL1tC2tC3Dri二C4QR2RT1IBRG1C7*GND输入滤波、整流回路原理图防雷电路:F3、FDG1

2、当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3： F1、F2、 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的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。 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双兀型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 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的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）就能有效的防止浪 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

3、的能量非常小，后级电路可正常工作。 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的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。2、DC输入滤波电路原理:L1ADCIN-C1L1B干C2C3幸牛C4二 CHGNDC1、L1、C2组成的双兀型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、L2、L3为差模电感。 输入滤波电路：信号进行抑制，C4为安规电容_ R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬 间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上

4、的电压充全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上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。功率变换电路：1、2、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的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管是利用栅极电压的大小，来改变半导体表 面感生电荷的多少 常见的原理图：从而控制漏极电流的大小。土 C4jR6T13、工作原理:R4、C3、R5、R6、C4、D1、D

5、2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，变压器的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测得的电流峰值信号参与当前工 作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停 止工作，开关管Q1立即关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速 度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将 MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了 MOS管。Q1的栅极

6、受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；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 的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着脚 锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。4、推挽式功率变换电路：DC+.rT1AQ1GND14UC3846Q1和Q2将轮流导通。5、有驱动变压器的功率变换电路:DC+TR1Q1VccIIT2a |UC3842TR1BGNDT2b1T1II T2cll：LGNDGNDT2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR

7、1为电流环。四、输出整流滤波电路:DC1、正激式整流电路:VqcT1C2C5-rC6R2UC3842GNDA输出整流滤波电路GNDT1为开关变压器，其初极和次极的相位同相。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组成兀型滤波器。2、3、T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。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n型滤波器。输出整流滤波电路同步整流电路有着损耗小、可提高整机效率等优点，工作原理：1）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

8、回路，Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止 2）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n型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。五、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，U1脚电压升高，当其超过 U1脚基准电压后U1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，UC3842脚电位相应变低，从而改变U1脚输出占空比减小，U0降低。当输出U0降低时，U1脚电压降低，当其低过U1脚基准电压后U1脚输

9、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，UC3842脚电位升高，从而改 变U1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的重要电路。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。六、短路保护电路:1、在输出端短路的情况下，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，左图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：UC38

10、42当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通， UC3842脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过 TL431基准，使之导通，UC3842脚VCC电位被拉低， IC停止工作。UC3842停止工作后脚电位消失，TL431 不导通UC3842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、右图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：当输出短路，UC3842脚电压上升,U1脚 电位高于脚时，比较器翻转脚输出高电位，给 C1充电，当C1两端电压超过脚基准电压时 U1脚输出低电位，UC3842脚低于1V，UCC3842 停止工作，输出电压为0

11、V，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。v+rT14、R1UC3842 6-Q1-hR 3 UC3842R3左图是常见的限流、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，脚电压升高，UC3842脚输出占空 比逐渐增大脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。R2l图 1.3-5、右图是用电流互感器取样电流的保护电路，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次级线圈感应的电压就越高，当UC3842脚超过1伏，UC3842停止工作，周而

12、复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。图1.4七、输出端限流保护：V+TR1UC3842 6RQ1TR143UC3842C1C1 R11UC3842C7C4TC5h负载左图是常见的输出端限流保护电路，其工 作原理简述如下：当输出电流过大时，RS （锰铜丝）两端电 压上升，U1脚电压高于脚基准电压， U1脚输出高电压，Q1导通，光耦发生 光电效应，UC3842脚电压降低，输出电 压降低，从而达到输出过载限流的目的。八、输出过压保护电路的原理:1、Uo1 Uo2SCR如左图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1） 的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

13、保 护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过 压现象排除 开状态。可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断2、Z3RVREF光电耦合保护电路：如右图，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，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通，Q1R243UoUC3842R38TC27R36R6Z7UC3842Uo ,KZ7143I Or 2输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范 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

14、护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如下几种： 可控硅触发保护电路：3842的脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，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 导通，UC3842电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842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（取决于稳压管的稳压值）。VREFUo叔74、UC3842 Q1q ：- I 1TC27R38输出过压锁死电路:t4 ,OT23R36R24R6图A的工作原理是，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极得电导通，由 于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通，UC3842脚 始终是高电平而停止工作。在图B中，UO升高U1脚电压升高，脚输出高电平，由于D1、 R1的存在，U1脚始终输出高电平Q1始终导通，UC3842脚始终是低电平而停止工作。九、功率因数校正电路（PFC）：L1AL2L4LDC+C1C2BRG1C5C6 丁 宁C7MOV1/ _L1B.L3Z1C3C4MOV2LJMOV3