開(kāi)關(guān)電源

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

開(kāi)關(guān)電源基本電路框圖

交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)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(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

開(kāi)關(guān)電源基本原理

開(kāi)關(guān)電源的基本原理如圖所示。主要由以下7部分構(gòu)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(kāi)關(guān)電源，內(nèi)含功率開(kāi)關(guān)管和控制器（含振蕩器、基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器和PWM比較器），MOSFET;

3）漏極鉗位保護(hù)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(dāng)由于某種原因致使V上升，這時(shí)LED上的電流就提高，經(jīng)過(guò)光耦器使接收管的發(fā)射極電流上升，進(jìn)而使TOPSWITCH的控制端電流變大，占空比變小，導(dǎo)致V下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓的作用。

開(kāi)關(guān)電源電路圖講解（一）

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

開(kāi)關(guān)電源電路圖講解（二）

12v開(kāi)關(guān)電源電路圖

12v開(kāi)關(guān)電源原理圖講解，該開(kāi)關(guān)電源屬于小功率開(kāi)關(guān)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(yīng)用于小型設(shè)備的供電，比如樓宇監(jiān)控設(shè)備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調(diào)制集成電路TL3843P（內(nèi)含振蕩器、脈寬調(diào)制比較器、邏輯控制器，具有過(guò)流、欠壓等保護(hù)控制功能，最高工作頻率可達(dá)500MHz.啟動(dòng)電流僅需ImA）。各引腳功能如下：（1）腳是內(nèi)部誤差放大器的輸出端，通常與（2）腳之間有反饋網(wǎng)絡(luò)，確定誤差放大器的增益。（2）腳是反饋電壓輸入端，作為內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓（+2.5V）進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。（6）腳過(guò)流檢測(cè)輸入端，當(dāng)接人的電壓高于1V時(shí)，禁止驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出。（4）腳為RT/RC定時(shí)電阻和電容的公共接人端，用于產(chǎn)生鋸齒振蕩波。（5）腳為接地端。（6）腳為脈寬可調(diào)脈沖輸出端。（7）腳為工作電壓輸入端（10V》Vi≤30V）。（8）腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（VREF=5v）輸出端。

開(kāi)關(guān)電源電路圖講解（三）

24開(kāi)關(guān)電源電路圖

電路以UC3842振蕩芯片為核心，構(gòu)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(diào)制器芯片，相關(guān)引腳功能及內(nèi)部電路原理已有介紹，此處從略。AC220V電源經(jīng)共模濾波器L1引入，能較好抑制從電網(wǎng)進(jìn)入的和從電源本身向輻射的高頻干擾，交流電壓經(jīng)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(kāi)關(guān)管Q1、開(kāi)關(guān)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(gè)電路部分講解其電路工作原理。

1、振蕩回路：開(kāi)關(guān)變壓器的主繞組N1、Q1的漏--源極、R2（工作電流檢測(cè)電阻）為電源工作電流的通路;本機(jī)啟動(dòng)電路與其它開(kāi)關(guān)電源（啟動(dòng)電路由降壓限流電阻組成）有所不同，啟動(dòng)電路由C5、D3、D4組成，提供一個(gè)“瞬態(tài)”的啟動(dòng)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(dòng)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(gè)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，是電源能夠振蕩起來(lái)的先決條件。

當(dāng)然，U1的4腳外接定時(shí)元件R48、C8和U1芯片本身，也構(gòu)成了振蕩回路的一部分。

電容式啟動(dòng)電路，當(dāng)過(guò)載或短路故障發(fā)生時(shí)，電路能處于穩(wěn)定的停振保護(hù)狀態(tài)，不像電阻啟動(dòng)電路，會(huì)再現(xiàn)“打嗝”式間歇振蕩現(xiàn)象。工作電流檢測(cè)從電阻R2上取得，當(dāng)故障狀態(tài)引起工作過(guò)流異常增大時(shí)，U1的6腳輸出PWM脈沖占空比減小，N1自供電繞組的感應(yīng)電路也隨之降低，當(dāng)U1的7腳供電電壓低于10V時(shí)，電路停振，負(fù)載電壓為0，這是過(guò)流（過(guò)載或短路）引發(fā)U1內(nèi)部欠電壓保護(hù)電路動(dòng)作導(dǎo)致的輸出中止;工作電流異常增大時(shí)，R2上的電壓降大于1V時(shí)，內(nèi)部鎖存器動(dòng)作，電路停振，這是由過(guò)流引發(fā)U1內(nèi)部過(guò)流保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致輸出中止。

2、穩(wěn)壓回路：開(kāi)關(guān)變壓器的N3繞組、D6、C13、C14等元件組成的24V電源，基準(zhǔn)電壓源TL1、光耦合器U2等元件構(gòu)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(shí)際上，TL1、U1組成了（相對(duì)于U1內(nèi)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(hào)輸入端。當(dāng)24V輸出電壓上升時(shí)，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(dāng)輸出電壓異常上升時(shí)，U1的1腳下降為1V時(shí)，內(nèi)部保護(hù)電路動(dòng)作，電路停振。

3、保護(hù)回路：U1芯片本身和3腳外圍電路構(gòu)成過(guò)流保護(hù)回路;N1繞組上并聯(lián)的D1、R1、C9元件構(gòu)成了開(kāi)關(guān)管的反向電壓吸收保護(hù)電路，以提供Q1截止時(shí)的反向電流通路，保障Q1的工作安全;實(shí)質(zhì)上穩(wěn)壓回路的電壓反饋信號(hào)，也可看作是一路電壓保護(hù)信號(hào)——當(dāng)反饋電壓幅度達(dá)一定值時(shí)，電路實(shí)施停振保護(hù)動(dòng)作;24V的輸出端并聯(lián)有由R18、ZD2、單向晶閘管SCR組成的過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng)穩(wěn)壓電路失常，引起輸出電壓異常上升時(shí)，穩(wěn)壓二極管ZD2的擊穿為SCR提供觸發(fā)電流，SCR的導(dǎo)通形成一個(gè)“短路電流”信號(hào)，強(qiáng)制U1內(nèi)部保護(hù)電路產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，電路處于停振狀態(tài)。