開(kāi)關(guān)電源中穩(wěn)壓環(huán)路原理

開(kāi)關(guān)電源可以使功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)下，其實(shí)就是將輸入直流電壓幅值斬成和輸入電壓幅值相等的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的工作原理就是加于功率晶體管上的伏安乘積很小(導(dǎo)通狀態(tài)下，電壓低，電流大;關(guān)斷狀態(tài)下，電壓高，電流小)，即功率晶體管上產(chǎn)生的損耗很小。

一、穩(wěn)壓環(huán)路原理

1、反饋電路原理圖：

2、工作原理：

當(dāng)輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1③腳電壓升高，當(dāng)其超過(guò)U1②腳基準(zhǔn)電壓后U1①腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，UC3842①腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1⑥腳輸出占空比減小，U0降低。當(dāng)輸出U0降低時(shí)，U1③腳電壓降低，當(dāng)其低過(guò)U1②腳基準(zhǔn)電壓后U1①腳輸出低電平，Q1不導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通，UC3842①腳電位升高，從而改變U1⑥腳輸出占空比增大，U0降低。周而復(fù)始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1可改變輸出電壓值。

反饋環(huán)路是影響開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯(cuò)、漏、虛焊等，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。

1. 輸入濾波

首先，交流電源經(jīng)過(guò)整流和濾波后，轉(zhuǎn)化為較為平滑的直流電壓。這一步驟的目的是減少輸入電源中的紋波和噪聲，為后續(xù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的直流輸入。

2. 高頻逆變

接下來(lái)，高頻開(kāi)關(guān)器件在控制電路的作用下，以極高的頻率(通常在幾十千赫茲到幾百千赫茲之間)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，輸入直流電壓加在變壓器的初級(jí)繞組上，儲(chǔ)存能量;當(dāng)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)繞組中的電流迅速下降，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在變壓器的次級(jí)繞組中感應(yīng)出高頻脈沖電壓。

3. 變壓器降壓

變壓器在開(kāi)關(guān)電源中起到了關(guān)鍵的作用。通過(guò)不同的匝數(shù)比，變壓器將初級(jí)繞組上的高電壓轉(zhuǎn)換為適合輸出的較低電壓。同時(shí)，變壓器還起到了隔離輸入和輸出電路的作用，提高了電源的安全性和穩(wěn)定性。

4. 輸出整流濾波

次級(jí)繞組上的高頻脈沖電壓經(jīng)過(guò)整流二極管整流后，變成脈動(dòng)的直流電壓。然后，通過(guò)濾波電容將脈動(dòng)電壓中的紋波濾除，得到平滑的直流輸出電壓。

二、短路保護(hù)電路

1、在輸出端短路的情況下，PWM控制電路能夠把輸出電流限制在一個(gè)安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)限流電路，當(dāng)功率限流在短路時(shí)不起作用時(shí)，只有另增設(shè)一部分電路。

2、短路保護(hù)電路通常有兩種，下圖是小功率短路保護(hù)電路，其原理簡(jiǎn)述如下：

當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導(dǎo)通，UC3842①腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過(guò)TL431基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通，UC3842⑦腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①腳電位消失，TL431不導(dǎo)通UC3842⑦腳電位上升，UC3842重新啟動(dòng)，周而復(fù)始。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動(dòng)恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。

3、下圖是中功率短路保護(hù)電路，其原理簡(jiǎn)述如下：

當(dāng)輸出短路，UC3842①腳電壓上升,U1③腳電位高于②腳時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)①腳輸出高電位，給C1充電，當(dāng)C1兩端電壓超過(guò)⑤腳基準(zhǔn)電壓時(shí)U1⑦腳輸出低電位，UC3842①腳低于1V，UCC3842停止工作，輸出電壓為0V，周而復(fù)始，當(dāng)短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時(shí)間常數(shù)，阻值不對(duì)時(shí)短路保護(hù)不起作用。

4、下圖是常見(jiàn)的限流、短路保護(hù)電路。其工作原理簡(jiǎn)述如下：

當(dāng)輸出電路短路或過(guò)流，變壓器原邊電流增大，R3兩端電壓降增大，③腳電壓升高，UC3842⑥腳輸出占空比逐漸增大，③腳電壓超過(guò)1V時(shí)，UC3842關(guān)閉無(wú)輸出。

5、下圖是用電流互感器取樣電流的保護(hù)電路，有著功耗小，但成本高和電路較為復(fù)雜，其工作原理簡(jiǎn)述如下：

輸出電路短路或電流過(guò)大，TR1次級(jí)線圈感應(yīng)的電壓就越高，當(dāng)UC3842③腳超過(guò)1伏，UC3842停止工作，周而復(fù)始，當(dāng)短路或過(guò)載消失，電路自行恢復(fù)。

三、輸出端限流保護(hù)

上圖是常見(jiàn)的輸出端限流保護(hù)電路，其工作原理簡(jiǎn)述如上圖：當(dāng)輸出電流過(guò)大時(shí)，RS(錳銅絲)兩端電壓上升，U1③腳電壓高于②腳基準(zhǔn)電壓，U1①腳輸出高電壓，Q1導(dǎo)通，光耦發(fā)生光電效應(yīng)，UC3842①腳電壓降低，輸出電壓降低，從而達(dá)到輸出過(guò)載限流的目的。

四、輸出過(guò)壓保護(hù)電路的原理

輸出過(guò)壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級(jí)用電設(shè)備。應(yīng)用最為普遍的過(guò)壓保護(hù)電路有如下幾種：

1、可控硅觸發(fā)保護(hù)電路：

如上圖，當(dāng)Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管(Z3)擊穿導(dǎo)通，可控硅(SCR1)的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。Uo2電壓對(duì)地短路，過(guò)流保護(hù)電路或短路保護(hù)電路就會(huì)工作，停止整個(gè)電源電路的工作。當(dāng)輸出過(guò)壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過(guò)R對(duì)地泄放，可控硅恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)。

2、光電耦合保護(hù)電路：

如上圖，當(dāng)Uo有過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦(OT2)R6到地產(chǎn)生電流流過(guò)，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1基極得電導(dǎo)通，3842的③腳電降低，使IC關(guān)閉，停止整個(gè)電源的工作，Uo為零，周而復(fù)始。

3、輸出限壓保護(hù)電路：

輸出限壓保護(hù)電路如下圖，當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，Q1基極有驅(qū)動(dòng)電壓而導(dǎo)通，UC3842③電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，UC3842③電壓降低，輸出電壓升高。周而復(fù)始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)(取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值)。

4、輸出過(guò)壓鎖死電路：

圖A的工作原理是，當(dāng)輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2基極得電導(dǎo)通，由于Q2的導(dǎo)通Q1基極電壓降低也導(dǎo)通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導(dǎo)通，UC3842③腳始終是高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1③腳電壓升高，①腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1①腳始終輸出高電平Q1始終導(dǎo)通，UC3842①腳始終是低電平而停止工作。正反饋?

五、功率因數(shù)校正電路(PFC)

1、原理示意圖：

2、工作原理：

輸入電壓經(jīng)L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經(jīng)R1、R2分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號(hào)的占空比，即改變Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在Q1關(guān)斷時(shí)施放能量。D1是啟動(dòng)二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級(jí)電路，另一路經(jīng)R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號(hào)的占空比，穩(wěn)定PFC輸出電壓。

六、輸入過(guò)欠壓保護(hù)

1、原理圖：

2、工作原理：

AC輸入和DC輸入的開(kāi)關(guān)電源的輸入過(guò)欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來(lái)自輸入濾波后的電壓。取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳基準(zhǔn)電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無(wú)輸出。另一路經(jīng)R7、R8、R9、R10分壓后輸入比較器6腳，如取樣電壓低于5腳基準(zhǔn)電壓，比較器7腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無(wú)輸出。