开关电源工作原理.docx

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1、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（1.inear）和开关电源（switching）一、线性电源线性电源主要包括工频变压器、揄出整流滤波器、限制电路、爱护电路等。工作过程：先将220V市电通过变压器转为低压沟通电，比方说12V,然后再通过一系列的二极管或整流桥堆进展整流，将低压AC沟通电转化为脉动电压（配图1和2中的3”）；再通过电容对脓动电压进展谑波，经过谑波后的低压沟通电转换成DC直流电（配图1和2中的4”）；此时得到的低压直流电依旧不够纯净，会有肯定的波动（这种电压波动就是我们常说的蚊波），要想得到高精度的稳定的直流电压，还须要稳压二极管或者电压反应电路调整箍出

2、电压。最终，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2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。须要浩大而笨重的变压器，所需的谑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），须要加体积浩大的散热片，而且还须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浩大。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纳功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，限制开关元件的占空比来调整揄出电压

3、。开关电源的工作原理，简洁的说是将沟通电先整流成直流电，再将直流逆变成沟通电，再整流输出成所须要的直流电压。沟通电源经整流滤波成直流；通过高频BW（脉冲宽度调制）信号限制开关管进展高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的沟通电供应应开关变压器进展变压；开关变压器次级感应出高频沟通电压,经整流滤波变成直流电供应负载；输出局部通过肯定的电路反应给限制电路，限制PuY占空比，以到达稳定输出的目的。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2030%）、效率高（一般为6070%,而线性电源只有3040%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。开关电源的主要缺点：由于逆变电路中会产

4、生高频电压，对四周设备有肯定的干扰。须要良好的屏蔽及接地。1、。四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、叫Y限制器电路、输出整流遽波电路组成。协助电路有输入过欠压爱护电路、输出过欠压爱护电路、输出过流爱护电路、输出短路爱护电路等。开关电源的电路组成方框图如下：开关电源电路方框图2、开关电源各功能电路详解(1kAC输入整流滤波电路输入浦波、依流回跪原理图防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MoV3:FhF2、F3、FDGI组成的电路进展爱护。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，

5、假设电流过大，F1.,F2、F3会烧毁爱护后级电路。输入电磁干扰滤波电路（EMI）：消退来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。CK1.kC2、C3组成的双五型灌波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进展抑制，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。当电源开启瞠间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1.1.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，肯定时间后温度上升后RTI限值减小（RTI是负温系数元件），这时它消耗的能量特别小，后级电路可正常工作。薨流滤波电路：将电网输入电压进展整

6、流谑波，为变换器供应直流电压。沟通电压经BRGI整流后，经C5滋波后得到较为纯净的直流电压。假设C5容量变小，输出的沟通纹波将增大。、功率因数校正电路PFC（powerfactorcorrection）PFC,意思是功率因数校正,作用是对输入电流波形进展限制，使其同步输入电压波形。功率因数，指的是有效功率与总耗电量之间的关系，根本上功率因数可以衡量电力被运用的程度，功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，而PFC电路就是为了提高功率因数，提高沟通电转直流电的效率。PFC电路分为两种，一种是被动式（无源）ITC,另一种是主

7、动式PFC（有源）电路。工作原理：输入电压经1.I、1.2、1.3等组成的EM1.谑波器，BRG1.整流一路送PFC电感，另一路经R1.R2分压后送入PFC限制器作为输入电压的取样，用以调整限制信号的占空比，即变更Q1.的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。1.4是PFC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。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC限制器作为PFC输出电压的取样，用以调整限制信号的占空比，稳定PFC输出电压。3、DC输入滤波电路输入滤波电路：C1.1.I、C2组成的双方型滤波网络主

8、要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进展抑制，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，1.2、1.3为差模电感。R1.R2、R3,Z1.C6、Q1.Z2,R4、R5、Q2、RTUC7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ZI的稳压值时Q2导通。假如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，QI导通使Q2没有栅极电压不导通，RTI将会在很短的时间烧毁，以爱护后级电路。4、功率变换电路是开关电源的关键局部。它把直流电压变换成高频沟通电压，并且起到将输出局部与输入电网隔离

9、的作用。R4、C3、R5、R6、C4、DkD2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力削减，EMI削减，不发生二次击穿。在开关管Q1.关断时，变压器的原边线图易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地汲取尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参加当前工作周波的占空比限制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压到达IV时，1X3842停顿工作，开关管QI马上关断。R1.和Q1.中的结电容CGS、CGD一起级成RC网络，电容的充放电干脆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；RI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1

10、8V以下，从而爱护了MoS管。Q1.的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，QI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，同时也到达了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了打算。IC依据揄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为尖峰电压汲取回路。4、推挽式功率变换电路：QI和Q2将轮番导通。推挽式功率交换电路：Q1.和Q2将轮番导通。有驱动变压辱的功率交换电路：T2为驱动变压器，T1.为开关变压器，TR1.5、输出整流滤波电路、正激式整流电路TI为开关变压器，其初极和

11、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。1.1.为续流电感，C4、1.2、C5组成丸型波波器。、反激式整流电路：T1.为开关变压器，其初极和次极的相位相反。DI为整流二被管，R1.C1.为削尖峰电路。1.I为续流电感，R2为假负载，C4、1.2、C5组成兀型波波器。工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通，电路构成回路，Q2为整流管。Q1.栅板由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2便QI导通，Q1.为续流管。Q2栅板由于处于反偏而截止。1.2为续流电感，C6、1.1.C7组成五型遮波

12、器。KhC1.,R9、C4为削尖峰电路。6、PMW限制电路稳压环路、取样PwM限制电路是依据电源的输出负载状况来限制电源的开关管的闭合的。检测输出直流电压，并将其与基准电压比拟，进展放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而限制变换器以保持输出电压的稳定。反应电路原理图：工作原理：当输出IX）上升，经取样电阻R7、R8、RIO.VR1.分压后，U1.脚电压上升，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，从而变更UI脚输出占空比减小，UO降低。当输出UO降低时，U1.脚电压降低，当其低过U1.脚基准电压后U1.脚输出

13、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脚电位上升，从而变更U1.脚输出占空比增大，Uo降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调整VR1.可变更输出电压值。反应环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反应电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自流振荡，故障现象为：波形异样，空、满载振荡，输出电压不稳定等。7、短路爱护电路在输出端短路的状况下，PUM限制电路能够把输出电流限制在一个平安范围内。下列图是小功率短路爱护电路，其原理简述如下：DC3842当输出电路短路，捡出电压消逝，光耦OTI不导通，UC3842脚电压上升至5V左右，R1.与R2的分压超过T1.431

14、基准，使之导通，UC3842脚VCC电位被拉低，IC停顿工作。UC3842停顿工作后脚电位消逝，T1.431不导通UC3842脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短珞现象消逝后，电路可以自动复原成正常工作状态。下列图是中功率短路爱护电路，其原理简述如下：当输出短路，UC3842脚电压上升,U1脚电位商于脚时，比拟器翻转脚输出高电位，给CI充电，当CI两端电压超过脚基准电压时U1.脚输出低电位，UC3842脚低于IV,UCC3842停顿工作，输出电压为0V,周而复始，当短路消逝后电路正常工作。R2、C1.是充放电时间常数，阻值不对时短路爱护不起作用。下列图是常见的限流、短路爱护电路。其

15、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，脚电压上升，UC3842脚输出占空比渐渐增大，脚电压超过IV时，UC3842关闭无输出。下列图是用电流互感器取样电流的爱护电路,有着功耗小，但本钱高和电珞较为困难，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停桢工作，周而复始，当短路或过我消逝，电路自行复原。上图是常见的输出端限流爱护电路，其工作原理简述如上图：当输出电流过大时，RS(镒铜丝)两端电压上升，UI脚电压高于脚基准电压，U1.脚输出高电压，QI导通，光耦发生光电效应，UC3842脚电压降低，输出电压降低，从而到达输出过载限流的目的。9、输出过压爱护电路的原理输出过压爱护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一平安值的范围内。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，过压爱护电路进展爱护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压爱护电路有如下几种:可控硅触发爱护电路:如上图，当Uo1.输出上升，稳压管(Z3)击穿导通，可控硅(SCR1.)的限制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流爱