開關(guān)電源電路中的電磁干擾濾波器

一、開關(guān)電源的電路組成

開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。

開關(guān)電源的電路組成方框圖如下：

二、輸入電路的原理及常見(jiàn)電路

1、AC輸入整流濾波電路原理：

①、防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過(guò)其工作電壓時(shí)，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過(guò)大，F(xiàn)1、F2、F3會(huì)燒毀保護(hù)后級(jí)電路。

②、輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對(duì)C5充電，由于瞬間電流大，加RT1(熱敏電阻)就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在RT1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后RT1阻值減小(RT1是負(fù)溫系數(shù)元件)，這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)電路可正常工作。

③、整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

2、DC輸入濾波電路原理：

①、輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。

②、R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機(jī)的瞬間，由于C6的存在Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當(dāng)C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時(shí)Q2導(dǎo)通。如果C8漏電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象，在起機(jī)的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導(dǎo)通使Q2沒(méi)有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1將會(huì)在很短的時(shí)間燒毀，以保護(hù)后級(jí)電路。

三、功率變換電路

1、MOS管的工作原理：

目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是MOSFET(MOS管)，是利用半導(dǎo)體表面的電聲效應(yīng)進(jìn)行工作的。也稱為表面場(chǎng)效應(yīng)器件。由于它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá)105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。

2、常見(jiàn)的原理圖：

3、工作原理：

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關(guān)MOS管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測(cè)得的電流峰值信號(hào)參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)R5上的電壓達(dá)到1V時(shí)，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷。R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)速度。R1過(guò)小，易引起振蕩，電磁干擾也會(huì)很大;R1過(guò)大，會(huì)降低開關(guān)管的開關(guān)速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護(hù)了MOS管。Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當(dāng)其占空比越大時(shí)，Q1導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，變壓器所儲(chǔ)存的能量也就越多;當(dāng)Q1截止時(shí)，變壓器通過(guò)D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時(shí)也達(dá)到了磁場(chǎng)復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲(chǔ)、傳遞能量做好了準(zhǔn)備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時(shí)刻調(diào)整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機(jī)的輸出電流和電壓。C4和R6為尖峰電壓吸收回路。

4、推挽式功率變換電路：

Q1和Q2將輪流導(dǎo)通。

5、有驅(qū)動(dòng)變壓器的功率變換電路：

T2為驅(qū)動(dòng)變壓器，T1為開關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)。

四、輸出整流濾波電路：

1、正激式整流電路：

T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續(xù)流二極管，R1、C1、R2、C2為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，C4、L2、C5組成π型濾波器。

2、反激式整流電路：

T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位相反。D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，R2為假負(fù)載，C4、L2、C5組成π型濾波器。

3、同步整流電路：

工作原理：當(dāng)變壓器次級(jí)上端為正時(shí)，電流經(jīng)C2、R5、R6、R7使Q2導(dǎo)通，電路構(gòu)成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當(dāng)變壓器次級(jí)下端為正時(shí)，電流經(jīng)C3、R4、R2使Q1導(dǎo)通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6、L1、C7組成π型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。

為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，開關(guān)電源通常采用反饋控制機(jī)制。輸出電壓通過(guò)采樣電路進(jìn)行采樣，并與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，控制電路調(diào)整開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制電路縮短開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，減少能量傳遞，使輸出電壓降低;反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，控制電路延長(zhǎng)開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，增加能量傳遞，使輸出電壓升高。

開關(guān)電源的工作原理使其具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，由于開關(guān)器件在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的損耗相對(duì)較小，開關(guān)電源的效率可以達(dá)到很高的水平，通常在 80%以上，甚至可以達(dá)到 90%以上。其次，開關(guān)電源的工作頻率較高，因此變壓器和濾波電容的體積可以大大減小，使得電源的整體體積和重量得以降低。此外，開關(guān)電源還具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能夠快速適應(yīng)負(fù)載的變化。

總之，開關(guān)電源的工作原理是通過(guò)高頻開關(guān)變換和控制技術(shù)，將輸入的直流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出直流電源。它的高效、緊湊和高性能的特點(diǎn)，使其成為現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的電源解決方案。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源的性能還將不斷提升，為各種電子設(shè)備的發(fā)展提供更加可靠和強(qiáng)大的動(dòng)力支持。