开关电源详细说明

详细说明

开关电源电路图解析

所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态，-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。

开关电源电路图

一、主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。

四、辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中

的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：

EAB=TON/T*E 式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有三种方式：

一、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

二、脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

三、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。自激开关电源电路图

自激开关电源电路图,STR41090电源属于自激式并联型开关电源，适应电网电压能力为150-280V。

振荡过程C808上约300V直流电压经R811加到N801的(2)脚内部开关管的B极，同时经T802的（1）、（3）绕组加到N801的（3）脚内部开关管的C极，开关管开始导通，电流流过T802的（1）、（3）绕组，在（1）、（3）绕组产生感应电压，极性为（3）正（1）负，经耦合，在（6）、（7）绕组也产生感应电压，极性为（7）正（6）负，此正反馈电压经C819、R817、R816送回到N801的（2）脚，使开关管电流进一步增大，雪崩的过程使开关管迅速饱和。开关管饱和期间，T802（1）、（3）绕组的电流线性增大，VD821、VD822截止，T802储存磁场能量。由于C819不断被充电，使N801的（2）脚电压不断下降，到某一时刻，N802（2）脚上的电压不能维持内部开关管的饱和，开关管退出饱和状态，C极电流减小，T802各绕组的感应电压极性全部翻转，反馈绕组（6）、（7）脚的电压极性为（6）正（7）负，经C819、R817、R816送到N801的（2）脚，使N801（2）脚电压进一步减小，又一雪崩过程使开关管迅速截止。开关管截止期间，VD821导通，在C822电容上形成112V电压；VD822也导通，在C824电容上形成18V电压，T802储存的磁场能量被释放。另一方面，C819上的电压经R817、R816、VD812、VD813放电，同时300V电压经R811给C819反向充电，这两个因素使C819左端的电压回升，即N801（2）脚的电压回升，当（2）脚电压上升0.6V以上时，开关管再次导通，开始下一周期的振荡。稳压电路稳压电路由STR41090内部完成，T802的（5）、（6）脚为取样绕组，经VD814整流、C817滤波，在C817上形成取样电压，在正常情况下，C817上的电压约为84V，若输出电压112V升高，则取样电压也必定升高，该取样电压经R815送到N801的(1)脚，通过内部调节，最终使输出电压稳定在112V。保护电路R814、V801为开关管过流保护电路，R814串在开关管E极与地之间，R814上的压降反映了开关管电流的大小，在正常情况下，R814上的电压不能使V801导通，一旦开关管过流，R814上的压降增大，使V801导通，N801的（2）脚被V801短路到地，阻止了开关管过流的可能。R812、C812为软起动电路，利用C812两端电压不能突变的特点，每次开机瞬间，N801的（5）脚经R812瞬间接地，使内部开关管瞬间截止，以避免在开机瞬间开关管饱和时间过长而损坏。