反激式開(kāi)關(guān)電源工作過(guò)程

反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如下圖所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管 VD1 處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 截止時(shí)，變壓器T初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及 VD1 整流和電容C濾波后向負(fù)載輸出。

反激式開(kāi)關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為 20 - 100 W，可以同時(shí)輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點(diǎn)是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對(duì)固定的負(fù)載。

反激式開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)管 VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在 20 - 200kHz 之間。

反擊式開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程可以先簡(jiǎn)單的分為四步:

第1步 整流

當(dāng)電源的輸入端接收到交流的220伏市電后會(huì)通過(guò)整流橋。將交流220伏，整流為直流310伏。

第2步 逆變

開(kāi)關(guān)電源中的核心器件是控制器，它控制功率開(kāi)關(guān)管將310伏直流電，反復(fù)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為高頻交流電，其頻率一般為幾十k到上百k赫茲。高頻交流電通過(guò)變壓器后可以進(jìn)行降壓。 因?yàn)榻涣麟姷念l率非常高，所以可以減小變壓器的體積成本并提升轉(zhuǎn)換效率，這也就是開(kāi)關(guān)電源比傳統(tǒng)的工頻變壓器的成本更低的原因。

第3步 二次整流

高頻交流電通過(guò)變壓器后，將幅值變低，需要再通過(guò)整流電路轉(zhuǎn)化為直流電。轉(zhuǎn)化后的直流電就是電源的直接輸出。

第4步 反饋

反饋是反擊式開(kāi)關(guān)電源以及各種其他開(kāi)關(guān)電源中最復(fù)雜和最有技術(shù)難度的地方，需要有經(jīng)驗(yàn)的電源工程師反復(fù)調(diào)節(jié)才可以使電源的工作效率，響應(yīng)速度等參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。反饋的作用就是當(dāng)輸出端的電壓出現(xiàn)波動(dòng)或受到一定干擾時(shí)，控制器可以及時(shí)的感知到，并作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，目的是將輸出電壓，快速的穩(wěn)定。理想的電源在面對(duì)擾動(dòng)時(shí)應(yīng)快速回到目標(biāo)電壓值，做到穩(wěn)準(zhǔn)快。

下面是一款反擊式開(kāi)關(guān)電源電路，100-240VAC輸入,14V 10A DC輸出的原理圖,現(xiàn)對(duì)原理圖中每個(gè)部分的原理說(shuō)明如下.

一.GBP410整流橋之前的電路.

F1:保險(xiǎn)管，電流過(guò)大時(shí)，保護(hù)電路。

RT1:NTC熱敏電阻,負(fù)溫度系數(shù),防止開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流

MOV1:壓敏電阻,抑制輸入電路的過(guò)壓

L1:共模電感,用于EMC中的共模干擾

CX1:X安規(guī)電容,用于濾除差模干擾

R1,R2,R3,R4:濾波電路的放電阻,電阻串聯(lián)分壓,讓電阻兩端的電壓控制在耐壓范圍內(nèi).電阻并聯(lián),主要用于提高放電的電流,同時(shí)考慮電阻的功率.

LF2:二級(jí)共模電感,CX2:X安規(guī)電容,用于濾除差模干擾

二.GBP410整流橋之后的濾波電路

1.整流橋GBP410兩個(gè)并聯(lián),為了擴(kuò)流散熱用.

2.C1,EC1,EC2,EC3為濾波電容

3.L3為濾波電感,電感上并的電阻R5為,電感泄流回路,用于開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)電感泄放電流.

4.CY1,CY2為Y電容.(CY2在原理圖的右下下)

三.WT6629開(kāi)關(guān)電路部分

1.D1,D2,R6,R10,C4組成RCD吸收電路,D6為T(mén)VS管,防止過(guò)高的尖峰電壓損壞電容C4,R6用于限制泄放電流,D1,D2并聯(lián),用于擴(kuò)流散熱.

2.Q1為開(kāi)關(guān)管,C3,用于吸收漏感尖峰,RS1,RS2,RS3為電流采樣電阻,用于過(guò)流保護(hù)用.R21,C8組成RC濾波電路.為什么要用RS1,RS2,RS3三個(gè)并聯(lián),得一個(gè)奇怪的采樣的電阻呢?

3.R24,R23,R22,T4,組成開(kāi)關(guān)管的G極驅(qū)動(dòng),T4為Q1關(guān)斷時(shí)提供快速關(guān)斷通路,R24為關(guān)斷時(shí)限流電阻.R22為G極下拉電阻.

4.WT6629的4PIN用于設(shè)置頻率 的,所以R25用于設(shè)置頻率,公式為:f=1560/R25(KR),并且這個(gè)阻值有范圍要求:24-31KR之間.

5.WT6629的5PIN用于溫度檢測(cè)的,規(guī)格書(shū)沒(méi)有明確說(shuō)明,但從表格中可以看出,0.8V為恢復(fù)電壓,那么0.65V,意思就是低于0.65V就動(dòng)作,5PIN到地串聯(lián)的NTC電阻,溫度升高,阻值降低,電阻兩端的電壓下降,是符合的.

6.原理圖中的VCC,為次級(jí)線圈變壓給WT6629供電,次級(jí)線圈經(jīng)過(guò)D3半波整流,C6,EC4濾波,R7,R8為漏感泄放回路,D4,R15,EC5,C9再次RC濾波,D4為隔離二極管.7.R16與C5串聯(lián)再與D3并聯(lián),是為了吸收反向高壓，保護(hù)二極管，不然二極管容易被擊穿損壞.

四. 整流輸出電路

1.二極管U5,U4并聯(lián)后與后面電容組成半波整流濾波,兩個(gè)二極管并聯(lián)是為了擴(kuò)流散熱,二極管上并的電容電阻是為了吸收反向電壓尖,反向電壓尖峰產(chǎn)生的原因是二極管的寄生電容和漏感震蕩引起。

五.反饋回路

1.WT431不是用于穩(wěn)壓，而是用作一個(gè)電壓門(mén)限開(kāi)關(guān),R28與R29分壓后接到431的R腳,R腳與內(nèi)部的Vref進(jìn)行比較,R26為光耦的限流,R27,R26同時(shí)給WT431供電.1)如果R腳的電壓高于2.5V時(shí),比較器輸出高,三極管導(dǎo)通,K,A兩點(diǎn)短路,光耦PC817的1.2腳導(dǎo)通.2)如果R腳的電壓低于2.5V時(shí),比較器輸出低,三極管斷開(kāi),K,A兩點(diǎn)開(kāi)路,光耦PC817的1.2腳開(kāi)路.開(kāi)關(guān)電源是一種將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電力供應(yīng)裝置，其工作原理是利用開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)周期性地連接和斷開(kāi)輸入電源，通過(guò)變換電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

反激式開(kāi)關(guān)電源是其中一種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其基本原理是實(shí)現(xiàn)通過(guò)開(kāi)關(guān)器件和變壓器的周期性開(kāi)關(guān)，將輸入電壓變換為所需的輸出電壓。

2. 基本組成

反激式開(kāi)關(guān)電源主要由開(kāi)關(guān)管、輸出電感、變壓器、濾波器、穩(wěn)壓控制電路和反饋電路等部分組成。

2.1 開(kāi)關(guān)管

開(kāi)關(guān)管是反激式開(kāi)關(guān)電源中最基本的元器件之一，其作用是周期性地開(kāi)關(guān)連接和斷開(kāi)輸入電源。常用的開(kāi)關(guān)管有MOSFET、IGBT等，其選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行。

2.2 輸出電感

輸出電感是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的濾波和穩(wěn)定而設(shè)置的，其主要作用是平滑輸出電流脈動(dòng)。輸出電感通常由線圈和磁芯組成，常用的磁芯材料有鐵氧體、高性能磁性材料等。

2.3 變壓器

變壓器是反激式開(kāi)關(guān)電源的核心元件之一，其主要作用是實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電壓的變換，并提供電氣隔離。變壓器通常由鐵芯和線圈組成，其中線圈分為主線圈和輔助線圈，用于傳遞能量和實(shí)現(xiàn)反饋控制。

2.4 濾波器

濾波器用于過(guò)濾開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的高頻噪聲和諧波，以確保輸出電壓的穩(wěn)定性和紋波水平。常用的濾波器包括電容濾波器和電感濾波器，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行。

2.5 穩(wěn)壓控制電路

穩(wěn)壓控制電路是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)而設(shè)計(jì)的，其主要部分包括反激電源控制芯片、反饋元件和誤差放大器等。穩(wěn)壓控制電路根據(jù)反饋信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)間和頻率，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。

2.6 反饋電路

反饋電路用于采集和處理輸出電壓的反饋信號(hào)，并將其與參考電壓進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。反饋電路通常由反饋電阻、參考電壓源和誤差放大器等組成。

3. 工作原理

反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以分為兩個(gè)周期：導(dǎo)通周期和關(guān)斷周期。

3.1 導(dǎo)通周期

在導(dǎo)通周期中，開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入電源的能量通過(guò)變壓器傳遞到負(fù)載上。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)存著輸入電流的能量，并將其傳遞到輸出端，此時(shí)輸出電壓上升。反激電源控制芯片通過(guò)比較輸出電壓和參考電壓的差異來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和頻率。

3.2 關(guān)斷周期

在關(guān)斷周期中，開(kāi)關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，輸入電源的能量不再傳遞到負(fù)載上。此時(shí)，電感中的儲(chǔ)能補(bǔ)償電容放電，輸出電壓開(kāi)始下降。同時(shí)，儲(chǔ)能電感中的電能也通過(guò)輔助線圈反饋給控制芯片，用于控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和頻率。

通過(guò)不斷地在導(dǎo)通周期和關(guān)斷周期之間切換，反激式開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的穩(wěn)定輸出電壓。

4. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)反激式開(kāi)關(guān)電源時(shí)，需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：

4.1 穩(wěn)壓控制

穩(wěn)壓控制是提高反激式開(kāi)關(guān)電源性能的關(guān)鍵之一。穩(wěn)壓控制電路應(yīng)具備快速響應(yīng)、高精度和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。常見(jiàn)的穩(wěn)壓控制方式包括固定頻率PWM控制和變頻脈寬調(diào)制控制。

4.2 輸出電感和濾波器設(shè)計(jì)

輸出電感和濾波器的設(shè)計(jì)直接影響反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出性能。輸出電感應(yīng)具備足夠的電感值以減小輸出電流脈動(dòng)，而濾波器則應(yīng)具備合適的參數(shù)以降低紋波水平。

4.3 變壓器設(shè)計(jì)

變壓器設(shè)計(jì)是反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它關(guān)系到輸出電壓和電流的變換效率和穩(wěn)定性。變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體需求確定主線圈和輔助線圈的匝數(shù)比、線徑和磁芯參數(shù)等，并進(jìn)行合理的嚴(yán)格計(jì)算。

4.4 開(kāi)關(guān)管選擇和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)管的選擇應(yīng)考慮其導(dǎo)通電阻、損耗和開(kāi)關(guān)能力等因素，以滿足輸出電流和頻率的要求。開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備合理的波形和功率，以確保開(kāi)關(guān)管的穩(wěn)定工作。

4.5 反饋電路設(shè)計(jì)

反饋電路的設(shè)計(jì)關(guān)系到穩(wěn)壓控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，通常采用電阻分壓或電流取樣等方式進(jìn)行，應(yīng)具備高精度和抗干擾能力。

5. 總結(jié)

反激式開(kāi)關(guān)電源是一種常用的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案，具有高效率、小尺寸和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的變換和對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)反激式開(kāi)關(guān)電源時(shí)應(yīng)注意穩(wěn)壓控制、輸出電感和濾波器設(shè)計(jì)、變壓器設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)管選擇和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)以及反饋電路設(shè)計(jì)等關(guān)鍵要點(diǎn)，以確保開(kāi)關(guān)電源的性能和穩(wěn)定性。