六款簡單的開關(guān)電源電路設(shè)計原理圖分析

開關(guān)電源又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。

二、開關(guān)電源的基本組成

1、主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。2、控制電路

一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3、測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4、輔助電源

實現(xiàn)電源的軟件(遠程)啟動，為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。

簡單的開關(guān)電源電路圖(一)

調(diào)整C3和R5使振蕩頻率在30KHz-45KHz。輸出電壓需要穩(wěn)壓。輸出電流可以達到500mA.有效功率8W、效率87%。其他沒有要求就可以正常工作。

簡單的開關(guān)電源電路圖(二)

24V開關(guān)電源，是高頻逆變開關(guān)電源中的一個種類。通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止.將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓!

24V開關(guān)電源的工作原理是：

1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;

2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上;

3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負載;

4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達到穩(wěn)定輸出的目的。

24v開關(guān)電源電路圖

24V過流保護圖

簡單的開關(guān)電源電路圖(三)

單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，VD2也導(dǎo)通，這時電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感L儲存能量;當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感L通過續(xù)流二極管VD3 繼續(xù)向負載釋放能量。

在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50-200 W的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應(yīng)用較少。

簡單的開關(guān)電源電路圖(四)

推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖六所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個開關(guān)管VT1和VT2，兩個開關(guān)管在外激勵方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器T次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?

這種電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)管容易驅(qū)動，主要缺點是開關(guān)管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500 W范圍內(nèi)。

簡單的開關(guān)電源電路圖(五)

在開關(guān)電源中電源反饋隔離電路由光電耦合器如PC817以及并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431所組成，其典型應(yīng)用如圖3所示。當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)過電阻分壓后得到取樣電壓與TL431中的2.5V帶隙基準(zhǔn)電壓進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使光耦合器件中的LED工作電流生產(chǎn)相應(yīng)的變化，在通過光耦合器件去改變TOPSwitch控制端得電流大小，進而調(diào)節(jié)輸出占空比，使Uo保持不變，達到穩(wěn)壓目的。

反饋回路中主要元件的作用及選擇：R1R4R5主要作用是配合TL431和光耦合器件工作，其中R1為光耦的限流電阻，R4及R5為TL431的分壓電阻，提供必須工作電流以完成對TL431保護。

簡單的開關(guān)電源電路圖(六)

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、開關(guān)管Q1、開關(guān)變壓器T1及其它元件組成的逆變電路。逆變電路，可以分為四個電路部分講解其電路工作原理。

CL-A-35-24儀用DC24V開關(guān)電源

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

電容式啟動電路，當(dāng)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(xiàn)“打嗝”式間歇振蕩現(xiàn)象。工作電流檢測從電阻R2上取得，當(dāng)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(yīng)電路也隨之降低，當(dāng)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(nèi)部欠電壓保護電路動作導(dǎo)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(nèi)部鎖存器動作，電路停振，這是由過流引發(fā)U1內(nèi)部過流保護動作導(dǎo)致輸出中止。

2、穩(wěn)壓回路：開關(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。實際上，TL1、U1組成了(相對于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的反饋電壓信號輸入端。當(dāng)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(dāng)輸出電壓異常上升時，U1的1腳下降為1V時，內(nèi)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(gòu)成過流保護回路;N1繞組上并聯(lián)的D1、R1、C9元件構(gòu)成了開關(guān)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(zhì)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(dāng)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(lián)有由R18、ZD2、單向晶閘管SCR組成的過壓保護電路，當(dāng)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(dǎo)通形成一個“短路電流”信號，強制U1內(nèi)部保護電路產(chǎn)生過流保護動作，電路處于停振狀態(tài)。