开关电源内部有哪些电路
电路一点通 2024-07-12
关于学习开关电源,大家都很清楚,要学好电路,模数电,自控,工程电磁场这些大学专业课,甚至还要看一些开关电源设计之类的专业书籍,如果能学好以上书籍,电路一类的基本知识就算了解了,但是要学好开关电源,单单有以上理论是不够的,还要深入实践,并且还要有一套行之有效的学习研发方式,也就是说拼命苦干是不会起很大作用的,最重要的是高效的方法。理论和实践是缺一不可的,下面跟小编一起看看,开关电源内部有哪些电路组成,原理又是怎么样的。希望对大家有所帮助。

开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入防雷电路、EMI铝箔电路、桥式整流滤波电路、主电路(功率变换电路)、PWM控制器电路(现在一般是采用芯片输出)、输出整流滤波电路、反馈电路组成。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。

 

普通开关电源的基本电路组请看下面的简单方框图:


常见的电源输入电路1、AC输入整流滤波电路图及原理解析:


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。更多资料关注@电路一点通

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直流输入滤波电路原理:


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。

功率变换电路1、MOS管的工作原理:目前来讲应用最广泛的场效应管是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、3842为例基本架构原理图:


3、看看工作原理: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⑥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:
Q1和Q2将轮流导通,要注意的是推挽式对对变压器的耦合要求是很高的,耦合不好会出现偏磁的。


5、有驱动变压器的功率变换电路:T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环。


输出整流滤波电路:1、普通单管正激式整流电路:


T1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π型滤波器。
2、普通单端反激式整流电路:


T1为开关变压器,其初极和次极的相位相反。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π型滤波器。
3、同步整流电路:适合低压大电流的电源,由于工艺问题二极管的正向压降跟MOS相比是比较大的,所有用MOS管来整流降低电源损耗当然温度也会降低。


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栅极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π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。更多资料关注@电路一点通
电源环路原理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,U1③脚电压升高,当其超过U1②脚基准电压后U1①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,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低。当输出U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥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。

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,下图是小功率短路保护电路,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,R1与R2的分压超过TL431基准,使之导通,UC3842⑦脚VCC电位被拉低,IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失,TL431不导通UC3842⑦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、下图是中功率短路保护电路,其原理简述如下:


当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1③脚电位高于②脚时,比较器翻转①脚输出高电位,给C1充电,当C1两端电压超过⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842停止工作,输出电压为0V,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。
4、下图是常见的限流、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,③脚电压升高,UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大,③脚电压超过1V时,UC3842关闭无输出。
5、下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UC3842③脚超过1伏,UC3842停止工作,周而复始,当短路或过载消失,电路自行恢复。
输出端限流保护


上图是常见的输出端限流保护电路,其工作原理简述如上图:当输出电流过大时,RS(锰铜丝)两端电压上升,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电压,Q1导通,光耦发生光电效应,UC3842①脚电压降低,输出电压降低,从而达到输出过载限流的目的。更多资料关注@电路一点通
电池管理
1、 电池管理原理图





2、工作原理:当两台电源并机工作时,其输出端是并接在一起的,均流信号线也连接在一起。现在假设电源A的输出电流Io1大于电源B的输出电流Io2,在两台电源内部的电流取样电压就会A高于B,也就是JL1+高于JL2+,而JL1+和JL2+是接在同一条线上(均流母线),因此JL2+升高,通过电源B内部均流电路的控制迫使其输出电压升高,Io2增大,Io1减小(负载电流不变);Io2高于 Io1时,其控制过程刚好相反,如此循环,最终使两台电源的输出电压、电流保持一致。Q3、C19、R34~R36组成的电路的作用是,在电源启动初期输出电压低或输出欠压时Q3导通,使U2A③脚处于低电位,U2A①脚输出低电平,Q1截止,也就是使均流电路不起作用。VR1可调节均流信号的电压值,也可调节输出限流点。  


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