開關電源

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

開關電源基本電路框圖

交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?/p>

控制電路為一脈沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

開關電源基本原理

開關電源的基本原理如圖所示。主要由以下7部分構成：

1）輸入整流濾波器，包括整流橋和輸入濾波電容;

2）單片開關電源，內含功率開關管和控制器（含振蕩器、基準電壓源、誤差放大器和PWM比較器），MOSFET;

3）漏極鉗位保護電路;

4）高頻變壓器;

5）輸出整流濾波器;

6）光耦反饋電路;

7）偏置電路，給光耦合器的光敏提供偏壓。

穩(wěn)壓原理分析如下：

當由于某種原因致使V上升，這時LED上的電流就提高，經過光耦器使接收管的發(fā)射極電流上升，進而使TOPSWITCH的控制端電流變大，占空比變小，導致V下降，從而達到穩(wěn)壓的作用。

開關電源電路圖講解（一）

如圖為一款30W，12V輸出開關電源電路圖。該電源電路具有成本低，元件數量少，小巧輕便，能效高，空載和待機功耗低等特點，在265V交流輸人時的空載功耗小于250mW，在50°C環(huán)境下工作時輸出功率為30W，無須使用外部散熱片，具有精確的自動恢復、遲滯特性的過熱關斷功能，使PCB的溫度在各種條件下均維持在安全范圍內，在輸出短路及反饋環(huán)路開環(huán)時進人到自動重啟動保護狀態(tài)，并具有出色的輸人電壓調整率和負載調整率，符合EN55022和CISPR-22B對EMI限制的要求，EMI裕量大于10dBuV。

開關電源電路圖講解（二）

12v開關電源電路圖

12v開關電源原理圖講解，該開關電源屬于小功率開關電源，輸入220V交流市電，輸出12V直流電，最大輸出電流1.3A，主要應用于小型設備的供電，比如樓宇監(jiān)控設備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調制集成電路TL3843P（內含振蕩器、脈寬調制比較器、邏輯控制器，具有過流、欠壓等保護控制功能，最高工作頻率可達500MHz.啟動電流僅需ImA）。各引腳功能如下：（1）腳是內部誤差放大器的輸出端，通常與（2）腳之間有反饋網絡，確定誤差放大器的增益。（2）腳是反饋電壓輸入端，作為內部誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的基準電壓（+2.5V）進行比較，產生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。（6）腳過流檢測輸入端，當接人的電壓高于1V時，禁止驅動脈沖的輸出。（4）腳為RT/RC定時電阻和電容的公共接人端，用于產生鋸齒振蕩波。（5）腳為接地端。（6）腳為脈寬可調脈沖輸出端。（7）腳為工作電壓輸入端（10V》Vi≤30V）。（8）腳為內部基準電壓（VREF=5v）輸出端。

開關電源電路圖講解（三）

24開關電源電路圖

電路以UC3842振蕩芯片為核心，構成逆變、整流電路。UC3842一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，相關引腳功能及內部電路原理已有介紹，此處從略。AC220V電源經共模濾波器L1引入，能較好抑制從電網進入的和從電源本身向輻射的高頻干擾，交流電壓經橋式整流電路、電容C4濾波成為約280V的不穩(wěn)定直流電壓，作為由振蕩芯片U1、開關管Q1、開關變壓器T1及其它元件組成的逆變電路。逆變電路，可以分為四個電路部分講解其電路工作原理。

1、振蕩回路：開關變壓器的主繞組N1、Q1的漏--源極、R2（工作電流檢測電阻）為電源工作電流的通路;本機啟動電路與其它開關電源（啟動電路由降壓限流電阻組成）有所不同，啟動電路由C5、D3、D4組成，提供一個“瞬態(tài)”的啟動電流，二極管D2吸收反向電壓，D3具有整流作用，保障加到U1的7腳的啟動電流為正電流;電路起振后，由N2自供電繞組、D2、C5整流濾波電路，提供U1芯片的供電電壓。這三個環(huán)節(jié)的正常運行，是電源能夠振蕩起來的先決條件。

當然，U1的4腳外接定時元件R48、C8和U1芯片本身，也構成了振蕩回路的一部分。

電容式啟動電路，當過載或短路故障發(fā)生時，電路能處于穩(wěn)定的停振保護狀態(tài)，不像電阻啟動電路，會再現“打嗝”式間歇振蕩現象。工作電流檢測從電阻R2上取得，當故障狀態(tài)引起工作過流異常增大時，U1的6腳輸出PWM脈沖占空比減小，N1自供電繞組的感應電路也隨之降低，當U1的7腳供電電壓低于10V時，電路停振，負載電壓為0，這是過流（過載或短路）引發(fā)U1內部欠電壓保護電路動作導致的輸出中止;工作電流異常增大時，R2上的電壓降大于1V時，內部鎖存器動作，電路停振，這是由過流引發(fā)U1內部過流保護動作導致輸出中止。

2、穩(wěn)壓回路：開關變壓器的N3繞組、D6、C13、C14等元件組成的24V電源，基準電壓源TL1、光耦合器U2等元件構成了穩(wěn)壓控制回路。U1芯片和1、2腳外圍元件R7、C12，也是穩(wěn)壓回路的一部分。實際上，TL1、U1組成了（相對于U1內部電壓誤差放大器）外部誤差放大器，將輸出24V的電壓變化反饋回U1的反饋電壓信號輸入端。當24V輸出電壓上升時，U1的2腳電壓上升，1腳電壓下降，輸出PWM脈沖占空比下降，輸出電路回落。當輸出電壓異常上升時，U1的1腳下降為1V時，內部保護電路動作，電路停振。

3、保護回路：U1芯片本身和3腳外圍電路構成過流保護回路;N1繞組上并聯的D1、R1、C9元件構成了開關管的反向電壓吸收保護電路，以提供Q1截止時的反向電流通路，保障Q1的工作安全;實質上穩(wěn)壓回路的電壓反饋信號，也可看作是一路電壓保護信號——當反饋電壓幅度達一定值時，電路實施停振保護動作;24V的輸出端并聯有由R18、ZD2、單向晶閘管SCR組成的過壓保護電路，當穩(wěn)壓電路失常，引起輸出電壓異常上升時，穩(wěn)壓二極管ZD2的擊穿為SCR提供觸發(fā)電流，SCR的導通形成一個“短路電流”信號，強制U1內部保護電路產生過流保護動作，電路處于停振狀態(tài)。