开关电源的基本工作原理

第一章开关电源的基本工作原理

开关电源是利用时间比率控制(Time Ratio Control,缩写为TRC)的方法来控制稳压输出的。按TRC控制原理,有以下三种方式:

1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM)。开关周期恒定,

通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

2)脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM)导通脉冲宽度恒

定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

3)混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,

它是以上二种方式的混合。

在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。本设计采用的就是脉宽调制型开关稳压电源,其基本原理可参见右图。

对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压Uo可由公式计算,即Uo=Um×T1/T

式中Um —矩形脉冲最大电

压值;

T —矩形脉冲周期;

T1 —矩形脉冲宽度。

从上式可以看出,当U m与T

不变时,直流平均电压Uo将与脉

冲宽度T1成正比。这样,只要我

们设法使脉冲宽度随稳压电源输

出电压的增高而变窄,就可以达

到稳定电压的目的。[1]

此外,为因应各种不同的输出功率,开关电源按DC/DC变换器的工作方式分又可分为反激式(Flyback)、顺向式(Forward)、全桥式(Full Bridge)、半桥式(Half Bridge)和推挽式(Push-Pull)等电路拓扑(Topology)结构。其中单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路,输出功率为20~100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率,应用较为广泛。本设计采用的就是该方案,其典型的电路如图所示。[1]

图1-1 反激式开关电源典型电路结构

藉由PWM IC控制开关管的导通与否,配合次级侧的二极管和电容,即可得到稳定DC电压的输出。Ui为含有一定交流成份的直流电压,由开关功率管斩波和高频变压器降压,将储存于在变压器的能量传递给次级侧,转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。此外改变变压器初、次级的圈数,就可以得到想要的DC电源。PWM控制电路是这类开关电源的核心,它通过取样反馈闭环回路,调整高频开关元件的开关时间比例即占空比,以达到稳定输出电压的目的。

由于高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧,并且只有一个输出端,而MOS开关功率管导通时,次级整流二极管截止,电能就储存在高频变压器的初级电感线圈中;当MOS功率管关断时整流二极管导通,初级线圈上的电能传输给次极绕组,并经过次级整流二极管输出,故称之为单端反激式。

第一节开关电源的干扰特性及其抑制措施

开关电源虽然具有许多优点并得到广泛的应用,但由于它具有严重的射频干扰,在线性电路中的应用一直受到很大的限制。开关电源是把工频交流整流为直流后,再通过开关变为高频交流,其后再整流为稳定直流的一种电源,这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形产生的噪声。在输入侧泄露出去就表现为传导噪声和辐射噪声,在输出侧泄露出去就表现为纹波。同时外部噪声会进到电子设备中,而供给负载的电源噪声也会泄露到外部。若电源线中有噪声电流通过,电源线就相当于天线向空中辐射噪声。而这些噪声都会影响设备的正常工作。要想使其得到更广泛的应用,满足电磁兼容性的有关指标,就需要有效地抑制开关电源的干扰。

杂讯干扰的途径有两种,即传导干扰与辐射干扰。以下分别对两种干扰的特性与抑制方法做一介绍。

1.1 传导干扰及其抑制措施

从导线传入的干扰称为传导干扰,其干扰能量通过导电体进行传播,开关电源的输入、输出引线都是传导干扰的媒介。

开关电源产生的干扰会沿电源引线进入电网,污染电网,使同一电网的电子设备受到干扰。同时电源的输出线还将把干扰噪声传递给负载,使作为电源负载的电子设备直接受到干扰,当这种干扰幅度若大到一定程度,会影响线性电路和一些小信号电路的正常工作。

由于传导干扰主要是通过输入输出引线进行传播,因而相对来说传导干扰的抑制要容易些,主要方法是加接输入输出滤波器。

在开关电源的输入侧要介入电容与电感构成的滤波器,用于抑制交流电源产生的EMI,而该滤波器也称为电磁兼容(EMI)滤波器。其电路如图2-1所示。

图1-1输入端抑制传导干扰电路(EMI)

该滤波器是一典型的低通滤波器,使开关电源产生的一些高频脉冲干扰经过它后得到极大的衰减,能较好的滤除来源于电网或者传入电网的干扰,使其符合FCC、CE、VDE等标准。

图中L901、L902为共模扼流圈,它是绕在同一磁环上的两只独立的线圈,圈数相同,绕向相反,在磁环中产生的磁通相互抵消,磁芯不会饱和,主要抑制共模干扰,感值愈大对低频干扰抑制效果愈佳。这样绕制的滤波电感抑制共模干扰的性能大大提高。L901、 L902分别选择感值为2.0mH和15mH的共模扼流圈。

C901、C902为共模电容,主要抑制差模干扰,即火线和零线分别与地之间的干扰。电容值愈大对低频干扰抑制效果愈好,在这里选用102PF/250V。

C903、C904为差模电容,主要抑制共模干扰,即抑制火线和零线之间的干扰。电容值愈大对低频干扰抑制效果愈佳,在这里选用0.47uF/300V。有时为了降低成本也可将C904省去。

图中CN901为插座,接电网电压。F901为保险丝,电路中采用了规格为2A/250V的保险丝,它在高压时熔断,可防止设备在突发的高压时引起的破坏。NR901为负温度系数热敏电阻,开机瞬间温度低,阻抗大,防止电流对回路的浪涌冲击。常温下其规格为5A/5Ω。R901、R902对抗干扰电容起泄放作用,可于关机后迅速消耗掉C903储存的电能,防止带电损耗元件。它们的规格都为1MΩ,一般采用金属釉材料。

对输出端的干扰抑制,主要也是靠高频滤波器,电路图如下所示。

图1-2输出端抑制传导干扰电路

滤波电感由于工作在直流大电流状态下,磁芯在较大的磁场强度下工作,容易包含,一旦饱和,电感即失去滤波作用。因此必须采用饱和磁场强度很大的恒μ磁心,如铁鎳钼磁粉芯等金属磁芯。[2]

由于输出干扰的频谱相当丰富,从几十赫兹到几十兆赫兹均含分量。由于在高频的情况下,滤波电容等效由纯电容(C)、等效串联电阻(RES)和等效串联电感(LES)构成的串联电路。在工作频率f超过电容器的自谐振频率fr时,电容器就起到电感的作用。值大的滤波电容对低频干扰比较敏感,相反,值小的滤波电容吸收高频干扰的效果比较好。因此不能光采用大电解电容滤波C916,还必须加接自谐振频率很高的陶瓷电容器C917。

此外,输出干扰的幅度还与PCB板的布线有很大关系,不合理的布线往往会使干扰幅度大几倍,尤其是接地点的安排特别重要。

1.2 辐射干扰及其抑制措施

从空间传入的干扰称为辐射干扰,一般是指耦合干扰,即干扰能量通过空间介质进行近场感应。由于开关电源一般工作在低压大电流情况下,因而磁场干扰大于电场干扰。主要由开关变压器的漏感、开关功率管在开关转换时的大电流脉冲、开关二极管反向恢复的硬特性等引起。[2]

辐射干扰的抑制主要靠屏蔽。对电场可采用导电良好的材料,而磁场屏蔽则应采用导磁率较高的材料。在本文中就不作详细论述。

抑制干扰最有效的方法,是尽量减少干扰源的干扰能量。对开关电源变压器要减少其漏感,并选择开关参数优良的晶体管和软恢复的开关二极管。

脉宽调制控制器SG6841

2.1 PWM控制器SG6841简介

目前,开关电源的集成化与小型化已成为现实,早期的PWM IC大多采用UC384X系列(如UC3842、UC3843),但由于新产品越来越积体化及环保和安规要求越来越严苛的趋势下,出现了384XG及684X等具有Green Function的IC。Green Function为环保功能的意思,亦称之为Blue Angel,其要求是在满载70W 以下的电源产品,当负载没有输出功率的情况下,输入电源仍照常供应时,电路消耗功率必需小于1W以下。欧系的Infineon Coolset ICE2AXXX及ICE2BXXX 系列不仅具有Green Function,并且把以往外加的功率开关集成在8DIP的IC内,以节省空间和制造流程。

SG6841是由System General崇贸科技开发的一款高性能固定频率电流模式控制器,专为离线和DC-DC变换器应用而设计。它属于电流型单端PWM调制器,具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点,可精确地控制占空比,实现稳压输出,还拥有低待机功耗和众多保护功能,所以,为设计人员提供只需最少的外部元件就能获得成本效益高的解决方案,在实际中得到广泛的应用。SG6841有下列性能特点:

1)在无负载和低负载时时, PWM的频率会线性降低进入待机模式以实现低

功耗,同时提供稳定的输出电压。

2)由于采用BiCMOS,启动电流和正常工作电流减少到30μA和3mA,因此可

大大提高电源的转换效率。

3)SG6841是固定频率的PWM控制器,它的工作频率通过一个外接电阻来决

定,改变电阻值可轻易改变频率。

4)内建同步斜率补偿电路,可保证连续工作模式下电流回路的稳定性。

5)内建电压补偿电路可在一个较大的AC输入范围内实现功率限制控制,并

提供过载、短路保护功能。此外,还设有低电压锁定(UVLO)功能,使工作更稳定、可靠。

6)可通过外接一个负温度系数热敏电阻(NTCR)来传感环境温度以实现过温

保护,也可利用该功能实现过压保护。

7)具有图腾柱(即推拉输出电路)输出极,可实现良好的EMI。其最大输出

电压钳位在18V。

常见的SG6841有8脚DIP和SO两种封装,其各引脚功能分别如下所示:

1)GND:接地。

2)FB:反馈电压输入端。用于提供PWM调节信息,PWM占空比就是由它控制。

3)Vin:启动电流输入端。SG6841开始工作必须在该端要提供一个启动电压。

4)RI:参考设置端。通过连接一个电阻接地来为SG6841提供一个恒定的电

流,改变电阻阻值将改变PWM的频率。

5)RT:温度保护端。该端输出一个恒定的电流。在该端接一NTCR接地来传

感温度,当该端电压下降到一定值时会启动过温保护。在本设计中,该功能被用于高压保护。

6)Sense:电流传感端。当该端电压达到一个阈值时芯片会停止输出,从而实

现过流保护。

7)VDD:电源供电端。

8)Gate:PWM脉冲输出端。图腾柱(即推拉输出电路)输出极驱动功率开关

管。

图2-1 SG6841内部框图

2.2 SG6841内部结构与工作原理

1) 振荡器

SG6841的PWM频率范围为50KHz~100KHz。RI端通过连接一个电阻Ri接地来为SG6841提供一个恒定的电流,改变电阻阻值将改变PWM的频率。

由IC 內部放置電容CTB 的充放電產生鋸齒波形,其上下限設定在2.7V 與1.1V,如圖三所示。當鋸齒波電壓VSAW 大於2.7V,比較器CA1 的輸出為低準位,Vpulse 為高準位,Q1 截止。比較器CA2 的輸出為高準位,Q2 導通,CTB 放電。當VSAW 小於 1.1V,CA2的輸出為低準位,CA1 的輸出為高準位,Vpulse 為低準位,Q1 導通,Q2 截止,CTB 充電。藉由外加電阻RI 與參考電壓VR 可以產生一個參考電流IR,而鋸齒波的充電電流是IC 內部很小的電流:

)()

(1690kHz k Ri f PWM Ω= 在本设计中,取Ri =24k ,SG6841的PWM 频率为70.42kHz 。

1) 欠压锁定

SG6841采用了欠压锁定比较器来保证输出级被驱动之前,集成电路已完全可用。欠压锁定回路其实质是一个滞回比较器,以防止在通过它们各自的门限时产生错误的输出动作。它的开启电压为16V,关闭电压为10V。在启动过程中,比较器反向输入端为16V,当VDD﹤16V时,比较器输出为低电平,SG6841无法工作。当VDD升到16V时,欠压锁定器输出为高电平,SG6841正常工作,同时MOS管导通,使比较器反向输入端为10V。当VDD 下降至10V时,欠压锁定器的输出回到低电平,整个电路停止工作。SG6841的7脚端设置了一个32V的齐纳二极管,保证内部电路绝对工作在32V以下,以防电压过高损坏芯片。

2)输出部分

SG6841的8脚为输出脚,它是一个单图滕柱输出级,专门设计用来直接驱动功率MOSFET的,具有降低热损耗、提高效率和增强可靠性的作用。在芯片内部有一18V的稳压管与Gate端相连使输出电压钳位在18V,可保护MOSFET免被击穿。通过控制PWM脉冲的上升与下降时间,可有效减少开关噪声,提高电源的EMI,并提供稳定的MOSFET管Gate极驱动。在1.0nF负载时,它能提供高达±1.0A的峰值驱动电流和典型值为250ns的上升时间和50ns的下降时间。还附加了一个内部电路,使得任何时候只要欠压锁定有效,输出就进入灌模式,这个特性使外部下拉电阻不再需要。

2)电流取样比较器和脉冲调制锁存器

SG6841作为电流模式控制器工作,输出开关导通由振荡器开始振荡起始,当峰值电感电流到达FB反馈端电平时终止。这样在逐周基础上误差信号控制峰值电感电流。所用的电流取样比较器-脉宽调制锁存配置确保在任何一定的振荡周期内,仅有一个单脉冲出现在输出端。

电感电流通过插入一个与输出开关Q901的源极串联的以地为参考的取样电阻Rs转换成电压。此电压由电流取样输入端Pin6 Sense监视,并与来自Pin2 FB 端电平相比较。通常取样电阻Rs为一小电阻。在正常的工作条件下,峰值电感电流由管脚1上的电压控制,其中:

I pk =(V FB –1.0V)/3R S

其中,V FB为FB端电压,1.0V为在两个二极管上的压降,1/3为经两个电阻后的分压比。

当电源输出过载或者如果输出电压取样丢失时,异常的工作条件将出现。在这些条件下,电流取样比较器门限将被内部箝位至0.85V。因此最大峰值开关电流为:[10]

Ipk(max)=0.85V / Rs

当输入电压很大时,取样电流将非常小,这时可通过高压补偿回路来调节。在电路中,通过R904与R905(均为1MΩ来提高Sense端电平,实现高压补偿。

当负载短路或其它原因引起功率管电流增加,并使取样电阻Rs上的电压升高。当Sense端的电压达到0.85V时,RS触发器的R端输入为低电平,从而Q 非输出低电平,SG6841即停止脉冲输出,可以有效的保护功率管不受损坏,从而实现过流保护。由此可得Ipk(max)=0.85V/Rs,改变Rs值即可改变其最大的输出功率。在本设计中取Rs=0.3Ω,可得Ipk(max)=2.83A。

在SG6841的Sense端产生的噪声会引起PWM输出脉冲的不稳定。在芯片内

部Sense端经过一个斜率补偿电路后,才接至比较器同相输入端,这能有效地降低噪声的影响。良好的PCB布线和避免元件管脚太长也有利于减少噪声。而在UC3841的应用电路中则需要在Sense端增加一个RC滤波器来解决同样的问题,可见SG6841的功能更强,外围电路更简单。

当SG6841正常工作时,其内部振荡器产生振荡信号,此信号一路直接加到图腾柱电路的输入端,另一路加到PWM脉宽调制RS触发器的S端,RS型PWM脉宽调制器的R端接电流检测比较器输出端。当峰值电感电流未达到FB反馈端电平时,比较器输出低电平,此时R端为低电平,Q非端输出低电平;当峰值电感电流达到FB反馈端电平时,比较器输出高电平,此时R端为高电平,Q非端输出高电平。可见,FB端电压越高,Q非端脉冲越窄,同时Gate端输出脉宽也越窄(占空比减小);FB端电压越低,Q非端脉冲越宽,同时Gate端输出脉宽也越宽(占空比增大),从而实现PWM控制,使输出电压稳定。

2.3 SG6841的启动与供电

SG6841需要在启动时给Pin3 Vin 提供一30μA的启动电流以使芯片进行有效的自举。在电路中,将Pin3 通过两个1MΩ的电阻接至PFC级的DC输出端,便可在AC输入90V~264V的范围内实现SG6841的有效启动。

在SG6841正常工作后,其Pin7 V DD端必须提供10V~30V电压为芯片供电。

2.4高压保护电路

SG6841的Pin5 RT端恒定输出一电流I RT,

I RT=2×(1.3V/Ri)

RT端可串联一负温度系数的热敏电阻(NTCR)接地,R NTC随温度上升而降低,这时当

I RT×R NTC<0.65V

时启动过温保护功能。当RT端电压略低于0.65V,PWM脉冲的占空比会减少,从而降低电源输出电压来降低温度;当环境温度过高,RT端电压大大低于0.65V 时,PWM脉冲的占空比会减少至零,从而使电源完全停止输出。同时我们可以利用SG6841的该功能实现电源的高压保护。[10]

图2-2 高压保护回路部分电路图

高压保护回路如图2-6所示。当电网电压升高超过最大值时,自馈线圈输出的电压也将升高。若电压超过20V,此时ZD901被击穿,R918就会产生压降。当这个压降有0.6V时将使Q903导通,拉低Q904的基极电位,使Q904也导通,这样SG6841 Pin5通过D903、Q903直接接地,使SG6841迅速关断脉冲输出。同时Q904的导通也拉低了输入到SG6841 Pin7的电压,使SG6841停止工作。

2.5 待机工作模式

SG6841具有Green Function,支持Blue Angel模式。当低负载和无负载情况下,FB端电压会有所降低时,当其低于一个阈值电压时,会进入节能模式,SG6841的PWM工作频率会迅速降低至10kHz左右,此时仍有稳定的12V电压输出。如图所示即为待机时功率开关管D极的电压波形。

图2-13 待机模式功率开关管D极的电压波形开关电源中的调整管工作于开关状态,必然存在开关损耗,而且损耗的大小随开关频率的提高而成比例增加。另一方面,开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗,也随频率的提高而增加。因此通过降低其工作频率可有效降低其待机时的功耗。

第三节直流变换电路及工作过程

DC/DC变换器用于开关电源时,很多情况下要求输入与输出间进行电隔离,这时必须采用变压器进行隔离,称为隔离变换器。这类变换器把直流电压或电流变换为高频方波电压或电流,经变压器升压或降压后,再经整流平滑滤波变为直流电压或电流。因此,这类变换器又称为逆变整流型变换器。[2]

图 3-1直流变换电路

变压器T901因为有气隙之故,其初级圈具有隔离、变压和储能电感的三重功能。当SG6841的Gate端输出PWM控制脉冲,控制Q901做开关状态。当Gate 端输出高电平时,开关管Q901导通,此时T901的初级线圈有电流流过,产生上正下负的电压,则次级产生下正上负的感应电动势,但这时次级上的二极管

D910、D911截止,此阶段为储能阶段;而当Gate端输出低电平时,开关管Q901截止,初级线圈上的电流在瞬间变为0,初级线圈的电动势为下正上负,在次级线圈上感应出上正下负的电动势,此时D910、D911导通,有电压输出。

图3-2和图3-3分别为输入电压为AC 90V/60Hz和264V/50Hz时的Gate端输出PWM脉冲的波形。在输入AC电压不同时,脉冲频率几乎不变,接近70KHz,但占空比随输入电压的不同而不同,开关电压正是利用这种脉宽调制的方式在较广的输入电压范围内实现12V的稳定输出。输入电压为AC 90V/60Hz时占空比为16.55%,而264V/50Hz时的占空比29.28%,可见输入电压小时开关管的导通时间小,从而变压器次级输出电压占空比更大。图2-10为输入AC 264V/90Hz开关MOS管D极电压波形。

图3-2 SG6841 Pin8 Gate输出波形(Input AC 90V/60Hz)

图3-3 SG6841Pin8 Gate输出波形(Input AC 264V/50Hz)

图3-4 Q901 D极波形(Input AC 264V/90Hz)

由于开关功率管Q901功耗较大,为防止它们被在高温条件下连续工作积累的热量烧毁或工作异常,需加一散热片。

由于在开关管关断时,初级线圈还有电流,因此为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器。本设计中在变压器的输入端需设有缓冲电路,它由D901、R903与C906组成。在开关管关断的瞬间,电感上的电流通过D901向C906充电;为了确保在开关管截止期间,不能因为C906的充电而减小铁芯向负载释放的能量,即充电时间应小于T off;另外,为了避免在开关管在关断的过程中工作在高电压大电流区,充电时间应大于或等于T off。因此综合考虑上述两方面的因素,应取C906的充电时间等于T off。因此取C906的值为152pF,它的耐压值为1KV。

在开关管导通的瞬间,电容C906通过R与开关管放电,放电的时间常数г

=RC906,为了减轻开关管在完全导通时所承受的电流,应在开关管开启的时间Ton内放掉C906上的大部分能量。

在变压器的输出端设有输出整流滤波回路,对直流变换后的电压进行整流与滤波,使之得到稳定的输出。

图3-5次级整流滤波电路

图3-6 变压器次级绕组输出电压波形

因为整流二极管D存在着反向恢复时间,在导通瞬间会引起较大的尖峰电流,它不仅增加了D本身的功耗,而且使开关管流过过大的浪涌电流,增加了开通瞬间的功耗。一般采用快速恢复二极管或肖特基二极管作为整流二极管。在低电压、大电流输出的开关电源中整流二极管的功耗是其主要功耗之一。因此,当U0 ≤8V时,一般选用肖特基二极管来整流,其优点是,导通电压Uon≈0.4~0.6V,为一般PN结的一半,反向恢复快且有足够的反向电压。当U0>8V时,一般选用快速恢复二极管整流,它的反向耐压可达到数百伏。同时,D的电流平均值应大于输出电流。

依据上述的要求,采用了两个同样的二极管集成块。它们分别由两个规格为10A/100V的快速恢复二极管并联而成。这样可使整流达到较佳的效果。

当输出整流二极管两端加反压时,由于二极管中贮存电荷,也将有较大的浪涌电流产生,因此在二极管及输出电压中将有很大的噪声。在整流二极管上并接一RC(R919、R920、C913)回路,可吸收上述干扰。

L903、C916和C917组成输出端抑制传导干扰电路,这在上文已做了详细介绍。

由于整流二极管D910、D911功耗较大,为防止它们被在高温条件下连续工作积累的热量烧毁或工作异常,需加一散热片。

此外,若在变压器次级在增加一些绕组,通过选用合适的匝数比,便可得到不同等级的直流电压输出,为显示器的其它电路提供电压,但这会使电压取样反馈回路显得复杂,且稳压效果较差。除此以外,还可外加一些DC-DC转换电路来将12V的输出电压转换为5V等其它需要的直流电压。

第四节电压取样和反馈回路

如图4-1所示的电路图为电压取样和反馈回路。

该电路主要通过光电耦合器(IC902)和精确电位调节器(IC903)将输出端电压反馈回SG 6841 PIN2 FB端。L903接自次级整流滤波电路的输出端。

图4-1电压取样和反馈电路

在介绍该电路之前,先介绍一下TL431(IC903)。TL431为精确电位调节器,其内部原理图如图4-2所示。其内部有一个电压比较器,该电压比较器的反相输入端接内部基准电压2.495V±2%。该比较器的同相输入端接外部控制电压,比较器的输出用于驱动一个NPN的晶体管,使晶体管导通,电流就可以从Cathode 端流向Anode。

图4-2 TL431内部原理图

电压输出端12V电压由R926和R927分压后输入TL431的REF端,其中R926的阻值为9.31K,R927的阻值为2.43K。当电源正常工作时,输出12V的电压经分压后刚好为2.5V输入TL431。当电源的输出端电压超过12V时,由于REF>2.5V,则TL431内部比较器的输出高电平从而使NPN管导通。 IC902即光电耦合器的2脚电位随着降低,显然这种变化势必会使得流过光电耦合器的发光二极管的电流有所增大。由于光电耦合器PC123Y24P的CTR(电流传感系数即流过发光二极管的电流与流过光敏三极管的电流的比值)≈1,使得从PC123Y24P中的光敏三极管的4脚流过的电流也有所增大,这导致SG6841 PIN2 FB端电压降低,于是PIN6 Gate端的输出脉冲占空比变小,使次级输出电压降低,所以达到降压的目的。输出端电压下降;同理,当输出端电压降低时,TL431内部比较器的输出低电平从而使NPN管截止,从而使得流过光电耦合器的发光二极管的电流减小,可使SG6841 PIN2 FB端电压升高,于是PIN6 Gate端的输出脉冲占空比变大,输出电压上升。

此外,由C918、R923组成阻抗匹配电路,起到高频补偿作用。

开关电源入门必读:开关电源工作原理超详细解析

开关电源入门必读:开关电源工作原理超详细解析 第1页:前言:PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术,所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源(Sw itching Mode P ow er Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(sw itching)。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V市电通过变压器转为低压电,比如说12V,而且经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC交流电转化为脉动电压(配图1和2中的“3”);下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电(配图1和2中的“4”);此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后,我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2中的“5”) 配图1:标准的线性电源设计图

配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比:也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60KHz)。随着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是,我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式,和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上,终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案:闭回路系统(closed loop system)——负责控制开关管的电路,从电源的输出获得反馈信号,然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器(这个方法称作PW M,Pulse W idth Modulation,脉冲宽度调制)。所以说,开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整,从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量,而且降低发热量。 反观线性电源,它的设计理念就是功率至上,即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下,结果产生高很多的热量。 第2页:看图说话:图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction,功率因素校正)电路的廉价电源,图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3:没有PFC电路的电源 图4:有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处:一个具备主动式PFC电路而另一个不具备,前者没有110/220V转换器,而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

常见几种开关电源工作原理及电路图

一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算, 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值;T为矩形脉冲周期;T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出,当Um 与T 不变时,直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样,只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路

图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。 2.单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管VT1 导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于截止状态,在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时,变压器T初级绕组中存储的能量,通过次级绕组及VD1 整流和电容C滤波后向负载输出。

相关开关电源原理及电路图

相关开关电源原理及电路图 2012-06-03 17:39:37 来源:21IC 关键字:开关电源电路图 什么是开关电源?所谓开关电源,故名思议,就是这里有一扇门,一开门电源就通过,一关门电源就停止通过,那么什么是门呢,开关电源里有的采用可控硅,有的采用开关管,这两个元器件性能差不多,都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的,脉冲信号正半周到来,控制极上电压升高,开关管或可控硅就导通,由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通,通过开关变压器传到次级,再通过变压比将电压升高或降低,供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来,电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压,电源调整管截止,300V电源被关断,开关变压器次级没电压,这时各电路所需的工作电压,就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时,重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器,因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢,这就需要有个振荡电路产生,我们知道,晶体三极管有个特性,就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态,0.7V以上就是饱和导通状态,-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态,那么其工作点调好后,就靠较深的负反馈来产生负压,使振荡管起振,振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定,振荡频率高输出脉冲幅度就大,反之就小,这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢,一般是在开关变压器上,单绕一组线圈,在其上端获得的电压经过整流滤波后,作为基准电压,然后通过光电耦合器,将这个基准电压返回振荡管的基极,来调整震荡频率的高低,如果变压器次级电压升高,本取样线圈输出的电压也升高,通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高,这个电压加到振荡管基极上,就使振荡频率降低,起到了稳定次级输出电压的稳定,太细的工作情况就不必细讲了,也没必要了解的那么细的,这样大功率的电压由开关变压器传递,并与后级隔开,返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开,所以前级的市电电压,是与后级分离的,这就叫冷板,是安全的,变压器前的电源是独立的,这就叫开关电源。 图开关电源原理图1

开关电源工作原理

开关电源 一.开关电源得工作原理 (以LQ-1600K3电源为例) 1、滤波电路 交流输入经滤波电路整形进入全桥整流。滤波电路减小了外部噪声与打印机内部所产生得噪声。滤波器中使用得线圈与电容得作用就是抑制交流电中得毛刺脉冲,使噪声干扰降低到最小从而得到一个较平滑得正弦波.C3、C4电容接于地就是为了防止电源中窜入高脉冲损坏电路. 经全桥整流与电容滤波形成300多伏得准直流电压。 2.开关电路 开关电路使用环形阻塞转换器式交流输入开关电源电路。具有元件少,变压器小得特点,场效应管Q1既就是开关管又就是振荡管,振荡周期由电阻R11与C13得充放电时间常数所决定。电路得工作过程就是导通饱与→截止→导通饱与,周而复始地进行下去。其工作过程如下: a、导通饱与阶段 电源接通,交流220V经过滤波、整流、平滑输出直流电压300V,由启动电阻R10、R31接至振荡管Q1得栅极上,产生栅压Vgs,在Q1得漏极上产生漏极电流Id,从小到大。在变压器T1上线圈T15—12内产生一个力图阻止Id增大得自感电动势,极性为上正下负,同时在T10—9中感应出一个感应电动势其极性也为上正下负,由于C13两端电压不能突变,因此T10—9线圈中产生得感应电势不能立即充电, 通过R11、C13加至Q1得栅极,使栅极电位提高,Q1漏极电流更加增大,又通过T10—9使Q1栅极电位更加提高,从而使漏极电流增

大更快,这种连锁得正反馈使Q1进入饱与状态. b、从饱与到截止阶段 由于Q1导通饱与后,T10—9感应电动势通过R11、R19向C13充电,充电方向从T10-9得10端经R11、C13、R19,于就是C13被充电,电压为右正左负,随着充电得进行,C13右端电位逐渐升高,左端电位随着降低,经过一段时间,当C13左端电位低到一定数值时,Q1得栅压开始减小,漏极电流Id也随之减小,由于线圈有抵制电流变化得特性,T15—12线圈中就产生一个力图阻止漏极电流减小得自感电动势,它得极性与刚才得相反,就是上负下正,并且在线圈T10—9中感应出一个上负下正得感应电动势,它得负端通过R11、C13加到Q1得栅极,使栅极电压更负,从而使漏极电流Id更小,这种正反馈得作用,使Q1很快脱离饱与转入截止状态,即所谓截止阶段. Q1关断时,产生一个浪涌电流经线圈T15—12使线圈T15-12中产生一个上正下负得感应电动势,并且在线圈T11—9中也感应出一个上正下负得感应电动势,然而Q3得发射极电压超过了基极电压,而Q3得基极电压就是由IC1(TL431)稳压得,所以Q3导通,便使?Q2也导通,并且短路Q1得栅极,维持接地,保持Q1可靠得截止,直至浪涌电压经地线耗尽为止。 c、从截止到导通饱与阶段 Q1截止后,C13停止充电,并通过R11→T10-9→D2→C13放电,C13两端电位发生了变化,C13右边电位降低,左边电位相对提高,于就是通过C13左边连接到Q1栅极得电位也随之提高,当栅极得电位升高到一定数值时,就重新产生漏极电流,如上述由于正反馈得作用使Q1很快从截止状态进入导通饱与阶段. 所以振荡电路从导通饱与—-截止——导通饱与周而复始地循环 3.+35V整形电路 包括T3—5、T4—6、D51、C51、C52等。 4、 +35V稳压控制电路 正常工作状态下,稳压控制电路使输出电压稳定在35±6%之间。如果因某种原因引起输出电压高于35V+6%,而稳压二级管ZD51、ZD81~ZD85两端电压32、7V保持不变;或因稳压二级管ZD51、ZD81~ZD85两端电压低于32、7—2、75%V时,流经DZ51—DZ85—D81-R57得电流会增大,使得PC1得1-2腿上得电流加大并使7—8腿导通,以至于使Q3发射极电位提高导至Q3、Q2导通,使Q1截止;相反若输出低于35V-6%时,PC1、Q2截止,Q1处于正常导通状态,输出继续增大,直到恢复35V±6%。 5、 +35V过载检测电路

开关电源电路详解图

开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 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: 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。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π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),这时它消耗的能量非常小,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: ①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π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。C3、C4 为安规电容,L2、L3为差模电感。 ② 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。 三、功率变换电路 1、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管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图: 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,变压器的原边线圈易产生尖

开关电源的基本原理与分类方法

开关电源的基本原理与分类方法 开关电源是指调整功率管以开关方式进行工作的稳压电源。缩写为SPS(Switching Power Supply),开关电源的核心部分是一个直流变换器。目前开关电源向着高频、高可靠性、低功耗、低噪声、抗干扰和模 块化方向发展。开关电源现在在社会上应用越来越广泛,需求也越来越大。 电源在一个典型系统中或者在一台机器中担当十分重要的角色,电源给系统的电路提供持续、稳定的 能量,使得系统或者机器能够正常地工作。电源的好坏直接影响了系统能否正常工作。随着电源的应用和 需求越来越广泛,人们对于电源的要求也越来越高。人们对电源的效率、体积、重量、稳定性和可靠性等 方面都有了更高的要求。 开关电源正是以其效率高、体积小、重量轻、稳定性高、零负载消耗低等多方面的优势逐步取代了效 率低、又笨又重的线性电源。现在社会上出现的需要应用开关电源的仪器、机器越来越多;利用开关电源作为驱动电源的产品也层出不穷,例如LED驱动开关电源的需求量越来越多。而现代电力电子技术的发展, 特别是大功率器件IGBT和MOSFET、各类电源芯片的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使得开关电源的转换效率不断提高。人们对于转换效率的不断要求也促使开关电源的开发技术将越来 越高。 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 出短路保护电路等部分构成。 开关带能源的工作原理: 首先是将交流输入电源经整流滤波成脉动直流;然后通过高频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;接着开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;最后,输出 部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。 常见的开关电源的分类方法有下列几种: 1.按激励方式的不同可以划分为他激式和自激式。他激式开关电源电路中专设激励信号振荡器;自激式开关功率管兼作振荡管。该形式的开关电源电路结构简单, 元器件少, 可以做成低成本的开关电源。 2.按调制方式的不同可以划分为脉宽调制型、频率调整型和混合调整型。脉宽调制型保持振荡频率保 持不变, 通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小;频率调整型保持占空比保持不变(脉冲宽度保持不变) , 通过改变振荡频率来改变输出电压大小;混合调整型是脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源。 3.按开关管电流的工作方式的不同可以划分为开关型和谐振型。开关型用开关晶体管把直流变成高频 标准方波, 其电路形式类似于他激式;谐振型用开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准正弦波, 其电路 形式类似于自激式开关电源。 4.按开关晶体管的类型的不同可以划分为晶体管型和可控硅型。晶体管型采用晶体管(包括场效应管) 作为开关功率管;可控硅型采用可控硅作为开关功率管。这种电路的特点是直接输入交流电压, 不需要一次整流部分。

[工作]开关电源原理与维修开关电源原理图

[工作]开关电源原理与维修开关电源原理图开关电源原理与维修开关电源原理图 电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,功耗小,转化率高,且体积和重量只有线性电源的20%—30%,故目前它已成为稳压电源的主流产品。电子设备电气故障的检修,本着从易到难的原则,基本上都是先从电源入手,在确定其电源正常后,再进行其他部位的检修,且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理,熟悉其维修技巧和常见故障,有利于缩短电子设备故障维修时间,提高个人设备维护技能。 二(开关电源的组成 开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成,见图1。 1( 主电路 冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。 整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。 输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。 2( 控制电路 一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。 3( 检测电路 提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。 4( 辅助电源

实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。 开关电源原理图 三(开关电源的工作原理 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量,当开关S断开时,电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量,使负载得到连续而稳定的能量。 VO=TON/T*Vi VO 为负载两端的电压平均值 TON 为开关每次接通的时间 T 为开关通断的工作周期

开关电源各模块原理实图讲解

开关电源原理 一、开关电源的电路组成: 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 F3、FDG1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。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π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),这时它消耗的能量非常小,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的直流电压。若C5 容量变小,输出的交流纹波将增大。

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。 三、功率变换电路: 1、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管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图: 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C GS、C GD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

开关电源工作原理详细解析

开关电源工作原理详细解析 个人PC所采用的电源都是基于一种名为―开关模式‖的技术,所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源(Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,比如说12V,而且经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC 交流电转化为脉动电压(配图1和2中的―3‖);下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电(配图1和2中的―4‖);此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后,我们就可以得到纯净的低压DC 直流电输出了(配图1和2中的―5‖) 配图1:标准的线性电源设计图

配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比:也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60 KHz)。随着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是,我们经常所说的―开关电源‖其实是―高频开关电源‖的缩写形式,和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。

开关电源基本电路及原理介绍

开关电源可分为直流开关电源和交流开关电源,是按输出来区分的,交流开关电源输出的是交流电,而直流开关电源输出的是直流电,这里介绍的是直流开关电源。随着相关元器件的发展,直流开关电源以其高效率在很多场合代替线性电源而获得广泛应用。 直流开关电源与线性电源相比一般成本较高,但在有些特别场合却更简单和便宜,甚至几乎只能用开关电源,如升压和极性反转等。直流开关电源还可分为隔离的和不隔离的两种,隔离的是采用变压器来实现输入与输出间的电气隔离,变压器还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。直流开关电源结构复杂,设计和分析都有较特别的一套理论和方法,这里主要介绍6种基本的不隔离的直流开关电源结构形式和其特点,便于依据应用场合来选择使用。 理想假定:为便于分析,常假定存在如下理想状态 1. 电子器件理想:电子开关管Q和D的导通和关断时间为零,通态电压为零,断态漏电流为零 2. 电感和电容均为无损耗的理想储能元件,且开关频率高于LC的谐振频率 3. 在一个开关周期内,输入电压Vin保持不变 4. 在一个开关周期内,输出电压有很小的纹波,但可认为基本保持不变,其值为Vo 5. 不计线路阻抗 6. 变换器效率为100% 一、Buck变换器:也称降压式变换器,是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中,Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号,信号周期为Ts,则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。 Buck变换器有两种基本工作方式: CCM(Continuous current mode):电感电流连续模式,输出滤波电感Lf的电流总是大于零DCM(Discontinuous current mode):电感电流断续模式,在开关管关断期间有一段时间Lf 的电流为零 CCM时的基本关系:

开关电源工作原理详细分析(1)

PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术,所以我们经常 会将个人PC电源称之为——开关电源(Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模 式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。线 性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,比如说12V,而且经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫 正和整流,并将低压AC交流电转化为脉动电压(配图1和2中的“3”);下一步需 要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC 直流电(配图1和2中的“4”);此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后,我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2中的“5”) 配图1:标准的线性电源设计图

配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、 PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比: 也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线 性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言,AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60 KHz)。随着输入电压的升高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开

开关电源各模块原理实图讲解

开关电源原理 一、 开关电源的电路组成: PWM

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。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π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),这时它消耗的能量非常小,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的直流电压。若C5 容量变小,输出的交流纹波将增大。

① 输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π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。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。 ② 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。 三、 功率变换电路: 1、 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52、 常见的原理图: 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 。

开关电源工作原理解析

开关电源工作原理解析 个人PC所采用的电源都是基于一种名为研关模式旧勺技术,所以我们经常会将个 人PC电源称之为------ 开关电源(Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一 个绰号一一DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ?线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching )。线性 电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,比如说12V ,而且 经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC交流电转化为脉动电压(配图1和2中的一3)11 ;下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电(配图1和2中的一4)11 ; 此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后,我们就可以得到纯净的低 压DC直流电输出了(配图1和2中的一5)11

配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、 PlayStati on/Wii/Xbox 等游戏 主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和 AC 市电的频率成反比:也 即说如果输入市电的频率越低时, 线性电源就需要越大的电容和变压器, 反之亦然。由于当 前一直采用的是 60Hz (有些国家是50Hz )频率的AC 市电,这是一个相对较低的频率,所 以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外, AC 市电的浪涌越大,线性电源的变 压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC 领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动, 因 为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人 PC 用户并不适合用线性电源。 ?开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言, AC 输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是 50-60 KHz )。随着输入电源的升 高,变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。 这种高频开关电源正是我 们的个人PC 以及像VCR 录像机这样的设备所需要的。需要说明的是,我们经常所说的 子 关电源I 其实是—高频开关电源I 的缩写形式,和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。

开关电源原理图精讲.pdf

开关电源原理(希望能帮到同行的你更加深入的了解开关电源,温故而知新吗!!) 一、开关电源的电路组成[/b]:: 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[/b]:: 1、AC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。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π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),这时它消耗的能量非常小,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: ①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π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。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。 ② 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。 三、功率变换电路[/b]:: 1、 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管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图:

开关电源工作原理

开关电源工作原理 目前常见的电源在主要有两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。 一、线性电源 线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路等。 工作过程:先将220 V市电通过变压器转为低压交流电,比如说12V,然后再通过一系列的二极管或整流桥堆进行整流,将低压AC交流电转化为脉动电压(配图1和2中的“3”);再通过电容对脉动电压进行滤波,经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电(配图1和2中的“4”);此时得到的低压直流电依然不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),要想得到高精度的稳定的直流电压,还需要稳压二极管或者电压反馈电路调整输出电压。最后,我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2 中的“5”)。 配图1:标准的线性电源设计图 配图2:线性电源的波形

线性电源的优点:纹波小,调整率好,对外干扰小。适合用于模拟电路,各类放大器等低功耗设备。 线性电源的缺点:体积大,笨重,效率低、发热量也大。需要庞大而笨重的变压器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,线性电源的调整管工作在放大状态,因而发热量大,效率低(35%左右),需要加体积庞大的散热片,而且还需要同样也是大体积的工频变压器,当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 二、开关电源 开关电源是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源的工作原理,简单的说是将交流电先整流成直流电,再将直流逆变成交流电,再整流输出成所需要的直流电压。 ①交流电源经整流滤波成直流; ②通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管进行高速的导通与截止,将直流电转化为高频率的交流电提供给开关变压器进行变压; ③开关变压器次级感应出高频交流电压,经整流滤波变成直流电供给负载; ④输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。 开关电源的主要优点:体积小、重量轻(体积和重量只有线性电源的20~30%)、效率高(一般为60~70%,而线性电源只有30~40%)、自身抗干扰性强、输出电压围宽、模块化。 开关电源的主要缺点: 由于逆变电路中会产生高频电压,对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地。

电脑开关电源原理及电路图

2.1、输入整流滤波电路 只要有交流电AC220V输入,ATX开关电源,无论是否开启,其辅助电源就一直在工作,直接为开关电源控制电路提供工作电压。图1中,交流电AC220V经过保险管FUSE、电源互感滤波器L0,经BD1—BD4整流、C5和C6滤波,输出300V左右直流脉动电压。C1为尖峰吸收电容,防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响。TH1为负温度系数热敏电阻,起过流保护和防雷击的作用。L0、R1和C2组成Π型滤波器,滤除市电电网中的高频干扰。C3和C4为高频辐射吸收电容,防止交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。 2.2、高压尖峰吸收电路 D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03截止后,T3将产生一个很大的反极性尖峰电压,其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍,此尖峰电压的功率经D18储存于C01中,然后在电阻R004上消耗掉,从而降低了Q03的C极尖峰电压,使Q03免遭损坏。 2.3、辅助电源电路 整流器输出的300V左右直流脉动电压,一路经T3开关变压器的初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03的c极,另一路经启动电阻R002给Q03的b极提供正向偏置电压和启动电流,使Q03开始导通。Ic流经T3初级①~②绕组,使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负),通过正反馈支路C02、D8、R06送往Q03的b极,使Q03迅速饱和导通,Q03上的Ic电流增至最大,即电流变化率为零,此时D7导通,通过电阻R05送出一个比较电压至IC3(光电耦合器Q817)的③脚,同时T3次级绕组产生的感应电动势经D50整流滤波后一路经R01限流后送至IC3的①脚,另一路经R02送至IC4(精密稳压电路TL431),由于Q03饱和导通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑、稳定,经IC4的K端输出至IC3的②脚电压变化率几乎为零,使IC3内发光二极管流过的电流几乎为零,此时光敏三极管截止,从而导致Q1截止。反馈电流通过R06、R003、Q03的b、e极等效电阻对电容C02充 电,随着C02充电电压增加,流经Q03的b极电流逐渐减小,使③~④反馈绕组上的感应电

开关电源工作原理超详细解析

开关电源工作原理超详细解析 第1页:前言:PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术,所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源(Switching Mode Power Supplies,简称SMPS),它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型:线性电源(linear)和开关电源(switching)。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电,比如说12V,而且经过转换后的低压依然是AC交流电;然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流,并将低压AC交流电转化为脉动电压(配图1和2中的“3”);下一步需要对脉动电压进行滤波,通过电容完成,然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC 直流电(配图1和2中的“4”);此时得到的低压直流电依然

不够纯净,会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波),所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后,我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了(配图1和2中的“5”)配图1:标准的线性电源设计图 配图2:线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电,比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等,但是对于高功耗设备而言,线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言,其内部电容以及变压器的大小和AC 市电的频率成反比:也即说如果输入市电的频率越低时,线性电源就需要越大的电容和变压器,反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是50Hz)频率的AC市电,这是一个相对较低的频率,所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外,AC市电的浪涌越大,线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动,因为它的体积将会非常大、重量也

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