开关电源各模块原理实图讲解

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开关电源原理

一、 开关电源的电路组成：

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、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。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。 开关电源的电路组成方框图如下： 防雷单元 EMI电路 整流、滤波 功率变换 整流、滤波 输出

PWMPFC单元输入过欠压稳压环路 取样控制器保护单元 短路保护 限流保护 输出过压保护 开关电源电路方框图二、 输入电路的原理及常见电路： 1、AC输入整流滤波电路原理： CASENFDGC7LF2MOV1MOV3MOV2F3RT1L1C1C3C2C4BRG1C5C6R1防雷单元F1电磁干扰滤波器（EMI）L2整流、滤波+R2GND

输入滤波、整流回路原理图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。

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。

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实用标准 2、DC输入滤波电路原理： L2L4AL1AF1 +DC+ R1R2 C1C2 DCINC5MOV1Z2C8Z1C6 R3Q2L1BL3Q1L4BR51 R4-32 C3C4GNDRT1 CHGND C7① 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。

三、 功率变换电路：

1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是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、常见的原理图：

DC+R7R8C3D1T1

3、工作原理：

UC38423R16C1R4C2R5 Z1R2D2C4R6Q1R3R4、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

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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： DC+T1AQ1T1BQ2 VccGND Q1和Q2将轮流导通。 5、有驱动变压器的功率变换电路： 14UC384611DC+TR1AQ1VccT2b7T2aUC384263TR1BGNDGNDGNDT2cT1T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。 四、 输出整流滤波电路： 1、正激式整流电路： DC+ R1C1VccD1L2L1 Uo+7T1 C2C3C6C4C5 R2D2UC3842

6GNDA

3输出整流滤波电路

GND GNDT1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。 文档

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2、反激式整流电路： Vcc

7DC+R1C1D1T1R2C2C3C4C5L1L2Uo+UC384263GNDGND

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。 R1C13、同步整流电路：

输出整流滤波电路GNDADC+ R2R3Z1

L2L1Uo+ C2T1 R6R5C6C8C7Z2C5 C3R4 R8R7Q2开关管

R9C4GNDA

输出整流滤波电路

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。 Q1五、 稳压环路原理： 1、反馈电路原理图： VccVo

VccUC3842 1R1R9C3

OT1 UC3842C2R7 R3D11+32Q1R6R8U1 R10-2R2VREF D2R5VR1 C1R4

电压反馈环路电原理图

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。

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六、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，左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，UC38427UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过R1R2=R3TL431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，TL431UC3842R2TL4311不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复C1OT1/2R3始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。 图1.1 3、右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,U1 ③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。 V+T1UC38421D2D1R1+57-6U12904VREFR2C1D31+3VREFR4C2VCCCR6-2R5图1.2R3C 4、 左图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下： R 当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 D两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空 R1Q1比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。 UC38426 R2图1.3R43UC3842V+T1CDTR1D1R3R3R5、右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 R理简述如下： UC38426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 图1.4停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。 Q1TR1R1R2C13UC3842RR七、输出端限流保护： 左图是常见的输出端限流保护电路，其工C1R1作原理简述如下： 当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电C2负载C4D2C3压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，VCCR2RSU1①脚输出高电压，Q1导通，光耦发生光1R9电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压GNDUC3842OT降低，从而达到输出过载限流的目的。 D1L1L2

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Q1R6R71U1+3R3D3VREFR5C5C6R4-2R8C7

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