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1、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：EMI电路古瓶、成浊修功辛殁换T 整席、诚浊辅出!【I1IIj辅入谚冬压j I PFC单元j1 |控制爵 稳压-环路一取择|一II IIr矿III短路琨护.l 厂一-：i i r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：整麻滤波+空匚5 =LC6输人滤波、整流回路原理图GNIi 防雷电路：
2、当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、M OV3： 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。 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双n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R T1 （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
3、元件），这时它消耗的 能量非常小，后级电路可正常工作。 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输入滤波电路原理：DCINL1AL2 Fl L4AC1 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双n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。 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C
4、6 上的电压充全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（MO S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:3、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓
5、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
6、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。四、输出整流滤波电路1、正激式整流电路：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。I工TELLB槌卓IC3E46UC3E42T1为开关变压器，其初极和次极的相位同相。D1为整流
7、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n 型滤波器。2、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n型滤波器。3、同步整流电路：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n型滤波器。R1、C1、R9
8、、C 4为削尖峰电路。五、稳压环路原理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，U1脚电压升高， 当其超过U1脚基准电压后U1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，UC3842脚电位相应变低，从而改变U1脚 输出占空比减小，U0降低。当输出U0降低时，U1脚电压降低，当其低过U1脚基准电压后U1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，UC 3842脚电位升高，从而改变U1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
9、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。 由于版面有限，还有很多没上传，有空会上传上去。如果你急需要看全文的话, 可以留个邮箱。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，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如 下：DC3812当输出电路短路，输出电压消 失，光耦OT1不导通，UC3842脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超 过TL431基准
10、，使之导通，UC3842脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3 842停止工作后脚电位消失，TL431不导通UC3842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，UC3842脚电压上升,U1脚电位高于脚时，比较器翻转脚输出高电位，给C1充电，当C1两端电压超过脚基准电压时U1脚输出低电位，UC3842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
11、作原理简述如下:JO0UC3042 曲,T 8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，脚电压升高，UC3842脚输出占空 比逐渐增大，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，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UC3842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。七、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，U1脚电压高于脚基准电压，U1脚 输出
12、高电压，Q1导通，光耦发生光电效应，UC3842脚电压降低，输出电压 降低，从而达到输出过载限流的目的。八、输出过压保护电路的原理:输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在 一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引 起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为 普遍的过压保护电路有如下几种：Uol Ug.2；.卜I ZSCR1、可控硅触发保护电路：如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的 控制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短 路保护电路就会工作，停
13、止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅 的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。2、光电耦合保护电路：fnTHInT.如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地 产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管 导通。Q1基极得电导通，3842的脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复 始，。3、输出限压保护电路：输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基 极有驱动电压而道通，UC3842电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC384 2电压降低，输出电压升高。周而复始，输出电压将稳定
14、在一范围内（取决于 稳压管的稳压值）。4、输出过压锁死电路:ToUC38421UC38422图A的工作原理是，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2 基极得电导通，由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、 R2使Q2始终导通，UC3842脚始终是高电平而停止工作。在图B中，UO升 高U1脚电压升高，脚输出高电平，由于D1、R1的存在，U1脚始终输出 高电平Q1始终导通，UC3842脚始终是低电平而停止工作。九、功率因数校正电路（PFC）：1、原理示意图：Ill2、工作原理：输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电 感，另一路经R1
15、、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整 控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是 PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。D1是启动二极 管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路 经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信 号的占空比，稳定PFC输出电压。十、输入过欠压保护：1、原理图：2、工作原理：AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器
16、3脚， 如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关 断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取 样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断， 电源无输出。十一、电池管理：1、电池管理原理图：!mri-A431TI! DS电池管理原理图INPUTD3 ,YlrhR14虚线框A内的零件组成电池启动和关断电路；虚线框B为电池充电线性稳 压电路；虚线框C为电子开关电路；虚线框D为电池充电电流限制电路。2、电池启动原理：输入电压由INPUT和AGND端输入，分为三路。第一路经D7直接送后级 和电池启动、关断电路。R28、R
17、27、R26分压后的电压使U3导通（此电压在 设计时已计算好了，正常工作时高于2.5V），光藕OT1导通。R25为U3提供 工作电压，R23、R24为光藕的限流及保护电阻。光藕导通后电源经R22、OT1、D9给Q4提供基极偏置电压，Q4导通，R 21为Q4的下偏置电阻。继电器RLY1-A的线圈中有电流流过，继电器触点RL Y1-B吸合，将电池BAT接入电路中。D4为阻止在Q4关断时继电器线圈产生 的电动势影响后级电路，D5为防止在Q4关断时继电器线圈产生的电动势损坏 Q4,将继电器线圈产生的能量释放。3、电池充电稳压原理：在通电的初期，由于Q3没有偏置而不导通，D3的正端无电压。电源经R1 降
18、压Z1稳压后给U1和U2提供工作电压。R2、U1组成基准电压，R13、R4、 R5、R6、VR1组成电池电压检测电路，当U2脚检测电压低于脚电压时， 其脚输出高电平，经R14给Q2提供偏置电压，Q2导通、Q3也跟着导通， 电源经Q3、D3、继电器触点RLY1-B、F1给电池BAT充电。当U2脚检测电压高于脚电压时，其脚输出低电平，Q2失去偏置电 压而截止，Q3截止，D3的正端无电压，其负极电压下降，U2脚检测电压也 跟着下降，当U2脚检测电压低于脚电压时，其脚输出高电平，Q2、Q3 导通继续充电，如此周而复始，使D3的负端电压维持在某一设定值。调节VR 1可以改变充电电压值。4、电池充电限流原
19、理： : _ D 割而回踞箸放电籍充电电M写电弛趋任黄荻痢在充电的过程中，电流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回到地（AGND）。在电池充电 的初期，因电池电压比较低，流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20的电流就会 增大，那么在R20上产生的压降就会增大（R20为电流取样电阻）。电阻R20的 上端S点经R11连接到U2B的同相输入端脚，U2B的反相输入端脚有一 固定参考电压，当R20上的压降超过参考电压时，U2脚输出高电平，经D2、 R15给Q1提供偏置电压，Q1因此导通Q1导通后Q2因失去基极电压而截止， 将使线性稳压器的输出关断，Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回
20、路中就没有电流 流过，R20上的压降消失，U2脚输出低电平，Q1截止，Q2、Q3导通继续充 电，如此周而复始，就将充电电流限制在某一设定值范围内。调节R10、R11可改变限流点。5、电池欠压关断原理：当输入电压没有时，电池电压经D6给后级和电池启动、关断电路供电。当 电池电压下降，U3脚电压也跟着下降，在电池电压下降至设计关断点时（也 就是U3脚电压低于2.5V时），U3不导通，OT1不发生光电藕合，Q4无偏 置而截止，继电器RLY1-A的线圈中没有电流流过，继电器触点RLY1-B断开， 将电池BAT从电路中断开，防止电池过放电而损坏。改变R26、R27的阻值， 可以改变电池欠压关断时的电压值
21、。十二、智能风扇散热：1、在开关电源中，对电源进行散热的方式有很多种，智能散热就是其中之 一。它是随电源工作时的温度高低，来调节散热风扇的工作电压而改变风力大小， 达到最佳散热效果。有着节能的目的。其原理图如下：IHPUT iOFAN0UT+c祗1FAITOUT-2、工作原理：输入电压由INPUT端（1213V）输入，R6为U2提供工作电压，R7、R 8阻值相同，分压后为TL431提供触发电压，使A点的基准电压在+5V； RT1 为负温度系数热敏电阻，经R1、R2分压加在U1的反相输入端脚。R5为输 出电压取样电阻，与R4分压后加在U1的同相输入端脚；Q1为电子开关管； 风扇电压由FANOUT
22、端输出。在刚通电的时候，由于Q1还没导通，C点无电压，U1的脚电压高于 脚，因此U1脚输出低电平，Z1击穿导通，Q1导通，C点有电压输出；应Q 1的发射极接输入电压端，因此C点电压约等于输入电压，经R5与R4分压后 加在U1的同相输入端脚，使脚电压高于脚电压，U1脚输出高电平，Z 1不导通，Q1不导通，C点无电压输出；使脚电压又低于脚电压，U1脚 又输出低电平，如此反复最终使C电压稳定在某一值（因脚电压不变）；也 就是说C点的电压是随B点的电压变化而变化的。开关电源工作的初期（或轻载工作），机内温度低，热敏电阻RT1的内阻 很大，B点的电压相对较低，因此C点的输出电压也低，风扇因工作电压低而
23、转速慢、风力小。当开关电源机内温度逐渐升高（满载工作），热敏电阻RT1 的内阻逐渐减小，B点的电压也升高，因此C点的输出电压也跟着升高，风扇 因工作电压升高而转速加快、风力加大。当机内温度下降后，热敏电阻内阻逐渐 增大，B点电压下降，C点的输出电压也降低，风扇因工作电压低而转速变慢、 风力小。当B点电压（温度）升高到一定程度时，U1脚电压高于脚基准电 压，U1脚输出高电平，一路经D1、R13返回到B点，使U1脚始终输出高 电平（也就是自锁）；另一路经D2输出到过温保护电路，实现过温保护功能。十三、均流技术：1、在通讯设备或其它用电设备中，为了使系统不间断的工作，对供电系统 的要求就很高。除了要
24、求电源本身的性能要稳定外，另一种方法就是采用1+1 备分的方式，就是一台设备用两台电源并联供电，当其中的一台损坏，另外一台 可继续给系统供电。在正常工作时，每台电源提供的能量相等，也就是它们输出 的电压、电流基本一致。为了使每台电源输出的电压、电流基本一致，就要用到均流技术。原理如下图所示：吏:T旦TCS3123QJ.1EHB.S2DJIHFi?feivim2、工作原理：U1A、R1R7、C1C5、VR1组成电流取样电压放大器；U1B、D1组成 电压跟随器；R10为均流电压输出电阻；R11R14、U2A、C6C10组成平衡 电压比较器；R15R17、Q1为电子开关；R30R33、C17、C18
25、、U2B组成 过流保护电路；R1928、D2、D3、D4、C12C14、Q2是电源的输出电压稳 压环路，其中D2、D3、R19R21为输出电压取样电路。D6为输出隔离二极 管。电源在工作时，由电流环或锰铜丝检测的电流取样电压由+IS、-IS加入U1 A组成的电压放大器进行放大，经R5、R6、R7、VR1分压后分两路输出，一路送入U1B 电压跟随器，D1起隔离作用，防止均流母线上的电压变化对前级电路产生影响，另一路送过流 保护电路。经过电压跟随器后的电流取样电压又分为两路，一路经R10输出作为均流 信号电压JL+，另一路经R11送入U2A组成的平衡电压比较器与U2脚的参 考电压进行比较，当U2脚
26、电压高于脚电压，其输出高电平，Q1基极得 电导通，将R17、R18并入输出电压取样电路，使输出电压升高，输出电压升 高后输出电流就会减小，检测的电流取样电压也就降低，均流信号电压JL+降低， U2脚电压低于脚电压，其输出低电平，Q1截止，R17、R18从输出电压 取样电路中退出，输出电压降低。如此循环，最终使输出电压、电流保持稳定。如下图，src= 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、R34R36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U2A脚处于低电位，U2A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。如有描述不妥当的地方，望大家批评指正，在此谢谢了 !！
