PWM单端反激式变换器电路原理分析

To f Ip Is 单端反激式变换器工作原理1 单端反激式变换器电路原理分析
l 单端反激式变换器的特点
单端反激式变换器又称电感储能式变换器，工作原理如图所示,
当开关管Q1被PWM 脉冲激励而导通时,直流输入电压施加到
高频变压器T 的初级绕组上,此时NP 相当于一个纯电感,流过NP
的电流线性上升,电源能量以磁能形式存储在电感中,次级整流
二极管D1截止,输出电容C 给负载供电。

(电能转换为磁能)
当开关管Q1截止时,由于电感电流不能突变,初级绕组两
端电压极性反向, 次级绕组上的电压极性颠倒使D1导通, 初级
储存的能量传送到次极,提供负载电流,同时给输出电容充电。

(磁能换为电能)
单端反激式变换器通常采用加气隙来增大可工作的磁场强度H ，
减少剩余磁感应强度;当反激式变换器处于连续工作模式时,气
隙可有效防止磁芯饱和，因而可增大电源的输出功率，减少变压
器磁芯损耗,进一步提高开关频率。

一、调制
1.定义: 利用某一种电压或波形的改变,去控制另一种电压或波形发生某种形式的改变。

2.调制方式:利用电压的改变,去控制另一种波形的改变,最后达到能控制输出电压的改变,同时能控制输出电压稳定的一种技术措施。

3.脉冲宽度调制方式(PWM:(Pulse Width Modulation):
①是输入电压的变化,使输出脉冲宽度发生变化的一种方式。

②开关管工作周期T是固定不变的。

③输出电压的改变和稳定,就是控制开关管调整饱和导通的时
间来实现的。

④脉宽式开关电源都是降压式的变换器,但采用变压器隔离的
开关电源,可以改变初级与次级绕组匝数比,来决定输出电
压是升压还是降压。

⑤占空比的比值就是电压比的比值,占空比的变化范围:0∽1。

2.交流共模滤波电感的结构和工作原理
①定义:是在一个磁心上的两个匝数相等的绕组中再电流方向上的不
同,就能起到共模滤波电感的作用。

②模式:1.差模输入:就是在共模滤波器的两个输入端口,所输入电压
是有差别的一种输入模式。

在某一瞬间,两个输入端的电压一个为+,一个为
-,两个绕组产生的磁通是大小相等方向相反,磁
芯中就没有变化的磁通,也没电感量,也没感抗,
对50HZ的交流电压没有阻力,只有绕组的直流电
阻存在,直流电阻值为0.1-0.5Ω实际有0.1-0.2W
能量损失,可忽略。

2.共模输入:就是在共模滤波器的两个输入端口,所输入电压
是没有差别的一种输入模式。

假设共模高频干扰电压输入为+或-,两个绕组产生的是
同一方向变化的磁通,磁芯中就有变化的磁通,就有感抗,
电感对共模高频干扰会有较大的衰减。

三、电路原理分析
1.交流输入部分
③NTC201是热敏电阻,在开关电源中起过温保护和软启动的作用。

④低通滤波器
定义:低频能通过而高频干扰信号通不过的滤波器,就是能滤掉高频电压,又可叫高频滤波器。

b.组成:一般由电容器和电感组成
c.作用: 1.防止电网上的高频干扰信号、抑制浪涌电压、尖蜂电
压进入开关电源中。

2.阻止、限制开关电源所产生的噪声,高频电磁干扰信号
串入电网上。

d.电感
e.电容
作用:1.电容器的基本作用既是充电和放电。

2.储能:以电压形式存储能量:Ec=1/2V2C,具有隔直流通
交流的作用,它两端的电压不能突变,电容的容
抗是与频率成反比,频率越高,它呈现的容抗越。

小,容抗:Xc=1
2∏FC
3.滤波作用:整流电路将交流变成脉动的直流,在整流电
路之后接入一个较大容量的电解电容,在滤
波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效
值的1.42倍。

利用其充放电特性,使整流后的
脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

在实际中,为了防止电路各部分供电电压因
负载变化而变化,所以在电源的输出端及负
载的电源输入端接电解电容,由于大容量的
电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉
冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并
联了一只容量为0.001--0.lpF的电容,以滤
除高频及脉冲干扰。

4.去耦作用:滤除高频器件在PCB电源或芯片电源脚上引
起的辐射电流,为器件提供一个局部的直流
通路,能减低电路中的电流冲击峰值。

它在减小电源和地平面上纹波、噪声和毛刺
很有效果。

减少开关噪声在板上的传播并抑制噪声对其
它芯片的干扰。

0.1uF以下的陶瓷电容常被用来做去耦电容。

5.旁路作用: (Bypass)是指给信号中的某些有害部分提供
一条低阻抗的通路。

电源中高频干扰是典型
的无用成分,需要将其在进入目标芯片之前
提前滤掉,旁路电容主要针对高频干扰（高是
相对的,认为20MHz以上为高频干扰,20MHz以
下为低频纹波),选用涤纶薄膜电容。

注: 电阻主要是用做限流和确定固定电平,即所
谓的上拉或下拉。

揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容。

谐振分串联谐振和并联谐振。

串联谐振产生
过电压,并联谐振产生大电流。

f.图1分析,C205,L1,C203组成∏型低通滤波电路,C205,C203为
抗串模干扰元件,用于抑制正态噪声,电容选漏电流小的。

所
以,CLC型滤波电路中电容的容量和电感的感量越大,他们的滤
波效果就越好。

g.常用高压和低压低通滤波电路
二、桥式整流
0-265VAC经桥式整流后,直流电压=265*1.414=374.71V,
此电压分三路:
1路:经R203降压以及C224,C225滤波后为UC2845提供启动电压
2路:经高频变压器初级为开关功率管的漏极提供驱动电压, D201,C202,R201是变压器缓冲网络吸收回路,用于吸收对变
压器初级的漏电流,次级反馈到初级的尖峰电流进行吸收
或二次将漏感反向耦合到次级,吸收开关管关断时,变压器
漏感产生的过电压。

3路: R203和R233组成泄放回路,电压经R203和R233对地放电。

M U R 1100E 当断电后不要立即焊取电阻和电容,由于电阻较大放电需要
一定时间,故要用万用表量电容两端的电压,放电完后才能
操作;由于电压经电阻分压,故在选滤波电容C224,C225时,
注意耐压值>375*(R233/R203+R233),否则,当电源出现故障
时,375V 电压没电流输出,C224和C225有可能被击穿。

三、启动电路
要使开关电源工作,首先是振荡器必须的振荡,振荡器要振
荡必须要有一个较小的的启动电流,较小的的启动电流又来自较
小的的启动电压,可是开关电源开机后,马上建立起来的唯一的
一种电压,就是375V 左右的直流电压,该电压经启动电阻
R203(200K Ω)直接给UC2845D8的⑦脚供电(正常工作约需15mA 电
流),此时自馈电没建立起来,只有靠C225的放电来继续启动,此电
容又叫维持启动电容;开关变压器的初级绕组感应给自馈电绕组
的脉冲电压,输出+13V 自馈电压,自馈电建立后,经维持启动电容
C224,C225滤波后,给UC2845D8的⑦脚供电,启动电阻R203也完成
任务,R203还接在电路中,两端有362V 电压(362/200K=1.85mA 电
流),此时没有R203,电路工作可正常工作。

四、吸收回路
①定义:消反冲电路或称阻尼电路。

② 组成:由电阻、电容和阻塞二极管组成的钳位电路。

③作用:1:降低没用的反冲电压。

2:消除高频振荡(可以有效地保护开关功率管不受损)。

④反冲电压:是指在断开有电流的电感电路时,产生的自感电压,吸
收回路是消耗能量的。

⑤高电压常用的几种吸收回路分析
a.在电路工作稳定后,当开关管Q1截止时,初级绕组的反冲电压为:
上“-”下“+”,并通过二极管D1给电容器C1充电,由于电路中没有电阻,所以电容器C1充电电流比较大, 电容器C1两端电压一下就能上升到150V,电容器C1吸收的能量就比较多。

(瞬间充电完成,马上又放电)电容器C1的电压为下“+”上“-”,电阻R1也有电流泄漏，它不可能通过二极管D1反向由初级绕组T放电,它就无法振荡下去,电容器C1上的电压,只有通过R1放电,将反冲电压转换成热能散发掉。

当开关管Q1导通时,电阻R1仍给电容器C1放电,最后C1两端电压下降到约125V。

总之:电容器C2的充电时间,在Q1截止;C2的放电时间在导通和截止整各个过程。

b. 当开关管Q1截止时,初级绕组的反冲电压为:上“-”下“+”,并通过电阻R1给电容器C1充电,C1充电脉冲电流比较大(0.3A),在R1上的瞬时电压降可达200V至多,瞬时功率达60W,平均功率1-2W。

(瞬间充电完成,马上又放电)电容器C1的电压为下“+”上“-”,C1通过阻尼电阻R1放电(使高频自由振荡成低频自由振荡,由于R1消耗使振荡很快衰减)。

当开关管Q1导通时,由电源电压(300V)给C1充电,在阻尼电阻R1上也要消耗能量。

c. 当开关管Q1截止时,MOS的D(漏极)反冲电压最高达600-800V,通
过电阻R1给电容器C1充电,因反冲电压较高,所以充电电流很大, 反冲电压消耗大,从而达到保护Q1的目的。

当开关管Q1导通时,C1所充的电压就经过Q1放电,为了防止瞬间放电电流过大而加重管子负担,所以串联电阻R1加以限流,C1的两
端电压不可能全部放掉,还会乘100V左右电压。

d. 当开关管Q1截止时, 反冲电压通过二极管D1给电容器C1充电,因
反冲电压较高(600-800V),没有电阻限流,所以充电电流很大,
反冲电压消耗大,从而达到保护Q1的目的(有反冲电压这一瞬间
是充电,其它时间通过R4放电)。

当开关管Q1导通时,C1所充的电压就经过R1放电, C1的两端电压不可能全部放掉,还会乘100V左右电压。

e.当开关管Q1截止时,初级绕组的反冲电压为:上“-”下“+”,
直接给电容器C1充电,由于电路中没有电阻,所以电容器C1充电电
流比较大,电容器C1两端电压一下就能上升到很高电压,电容器C1
吸收的能量就比较多,电容器C1的电压为下“-”上“+”。

当开关管Q1导通时,C1所充的电压就经过MOS管,R1,R2放电转换成
热能散发掉,C1的两端电压不可能全部放掉,还会乘100V左右电压。

⑥对图原理介绍
a.吸收回路1:由C202(103/2KV),R201(27K/3W),D201(MUR110R)
组成变压器缓冲网络吸收回路。

并与初级绕组两端并联,
它主要是消除MOS管截止时,产生的高频振荡。

当MOS管导通时,初级绕组中的电流,使变压器储存磁能,
当MOS管截止时,变压器中的磁能就要转化为电能,在初
级绕组的两端, 产生下正上负的300多伏的脉冲电压。

由于有较小的寄生电容的存在,变压器的初级绕组与寄
生电容要产生高频振荡,向外发射干扰电磁波。

有了该组吸收后路后,自感电压通过D201给C202充电,
把能量储存在C202电场中,因C202上的电压不可能通过
D201向初级绕组N1放电(截止),所以它就无法振荡下
去,C202上的电压,只有通过R201放电,将反冲电压转换
成热能散发掉,R201温度比较高。

总之:C202的冲电时间,只是在MOS管截止的一瞬间,
C202的放电时间,是在MOS管截止和导通的整个过
程中。

b.吸收回路2: MOS管吸收回路:C221(221/2KV),R234(27K 3W),D211
(MUR1100R)组成。

与MOS管两端并联。

当MOS管截止时,初级绕组N1的两端,产生下正、上负
的300多伏的脉冲电压,这个电压与直流300V串联相
加后,这时4N90的漏极D和源极S之间约有600~700V的
电压,有了该组吸收回路后,这个很高的脉冲电压,通
过D211给电容器C221充电,将很高的脉冲电压拉下来
当MOS管导通时,电容器C221通过MOS和R234放电,防
止瞬间放电电流过大,在电路中串联一个限流电阻
R234,这样C221的两端电压不可能全部放掉,一般会
剩100V左右的电压。

c.吸收回路3: RX201及C207和D206组成24V1次级吸收回路。

4: RX202及C208和D208组成24V2次级吸收回路。

5: RX203及C209和D209组成12V次级吸收回路。

6:RX204及C210和D210组成15V次级吸收回路。

(吸收次级整流管的反向尖峰电压)
d.MOS管选型计算
4N90导通时,变压器的磁通量增大,此时便将电能积蓄起来,4N90截止时,便将积蓄的电能释放,变压器初级绕组中便有剩
磁产生,并通过D201反馈到次级,剩磁释放完后,初级绕组NP的电压Vmin =1.414*154=217.756V Vmax=1.414*286 = 404.404V Dmin:最小占空比 Lp:初级电感量
MOS峰值电压:Vdsp= Vmax∗(1+√(R201∗Dmin)/(10∗Lp))
= Vmax∗(1+√(R201∗Dmin)/(10∗Lp)
=404.404∗(1+√(20k∗0.2)/(10∗2.341))
= 571.56V
MOS峰值电流:Ids = 0.2*N3/N1+0.2*(N4+N5)/N1+1.5*N4/N1+
0.4*N6/N1
= 0.2317 (A)
时间常数R201*C202比周期T大的多,一般取5倍左右,则
C202 = 5*T/R201
= 5*12.2*10(-6)/20*10(3)
= 3 (PF)
五、振荡和输出频率
1.R240=10K,C226=
2.2*10(-6)F,它是决定该电路工作频率的重
要元件,开关频率:f=1.72∗10(3)
R240∗C226(KHZ)=1.72∗10(5)
2.2
=78.18kHz。

2.输出电压频率为振荡频率的一半。

六、补偿电路
UC2845D8的①脚是误差放大器的输出端,②脚是误差放大器的输入负端,内部基准电压5VDC分压后,产生一个2.5V的电
压,作为误差放大器的输入正端。

1.当①、②脚短路时,构成一个电压跟随器,输出一个
2.5V的不
变电压。

2.当①、②脚之间接一个电容,作用是完成高频负反馈,能有效
的消除高频寄生振荡。

3.当①、②脚之间接一个电阻,作用是完成直流负反馈,R1阻值
越小,负反馈就越深,误差放大器的放大倍数就越小,频带就
越宽,静态工作点就越稳定,温度特性也越好。

七、电路是怎样保护的?
1.输出端短路而产生过流,开关MOS管的漏极电流将大幅度上升,
R235,R236两端的电压也上升,UC2845的3脚上的电压也上升,当3脚上的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过0.66A=1V/1.5)
UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法
时,UC2845的PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出,即UC2845的6脚无输出,MOS管截止,从而保护电路。

2.输入供电电压过压(超过265V)
265VAC经桥式整流后,直流电压=265*1.414=374.71V,变压器初级绕组电压大大提高,UC2845的7脚供电电压也急剧上升,大于18V时,D236被击穿,UC2845的2脚电压也上升关闭输出,从而保护电路,同时D212也被击穿,MOS管截止。

3.输入供电电压欠压(低于125V)
125VAC经桥式整流后,直流电压=125*1.414=176.75V,变压器初级绕组电压很低,UC2845的7脚供电电压也低,当低于7.6V, UC2845不工作。

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