開關(guān)電源中穩(wěn)壓環(huán)路原理

開關(guān)電源可以使功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)下，其實就是將輸入直流電壓幅值斬成和輸入電壓幅值相等的脈沖電壓來實現(xiàn)。它的工作原理就是加于功率晶體管上的伏安乘積很小(導(dǎo)通狀態(tài)下，電壓低，電流大;關(guān)斷狀態(tài)下，電壓高，電流小)，即功率晶體管上產(chǎn)生的損耗很小。

一、穩(wěn)壓環(huán)路原理

1、反饋電路原理圖：

2、工作原理：

當(dāng)輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1③腳電壓升高，當(dāng)其超過U1②腳基準(zhǔn)電壓后U1①腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，UC3842①腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1⑥腳輸出占空比減小，U0降低。當(dāng)輸出U0降低時，U1③腳電壓降低，當(dāng)其低過U1②腳基準(zhǔn)電壓后U1①腳輸出低電平，Q1不導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通，UC3842①腳電位升高，從而改變U1⑥腳輸出占空比增大，U0降低。周而復(fù)始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1可改變輸出電壓值。

反饋環(huán)路是影響開關(guān)電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。

1. 輸入濾波

首先，交流電源經(jīng)過整流和濾波后，轉(zhuǎn)化為較為平滑的直流電壓。這一步驟的目的是減少輸入電源中的紋波和噪聲，為后續(xù)的轉(zhuǎn)換過程提供一個相對穩(wěn)定的直流輸入。

2. 高頻逆變

接下來，高頻開關(guān)器件在控制電路的作用下，以極高的頻率(通常在幾十千赫茲到幾百千赫茲之間)進(jìn)行開關(guān)操作。當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通時，輸入直流電壓加在變壓器的初級繞組上，儲存能量;當(dāng)開關(guān)器件關(guān)斷時，變壓器初級繞組中的電流迅速下降，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在變壓器的次級繞組中感應(yīng)出高頻脈沖電壓。

3. 變壓器降壓

變壓器在開關(guān)電源中起到了關(guān)鍵的作用。通過不同的匝數(shù)比，變壓器將初級繞組上的高電壓轉(zhuǎn)換為適合輸出的較低電壓。同時，變壓器還起到了隔離輸入和輸出電路的作用，提高了電源的安全性和穩(wěn)定性。

4. 輸出整流濾波

次級繞組上的高頻脈沖電壓經(jīng)過整流二極管整流后，變成脈動的直流電壓。然后，通過濾波電容將脈動電壓中的紋波濾除，得到平滑的直流輸出電壓。

二、短路保護(hù)電路

1、在輸出端短路的情況下，PWM控制電路能夠把輸出電流限制在一個安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來實現(xiàn)限流電路，當(dāng)功率限流在短路時不起作用時，只有另增設(shè)一部分電路。

2、短路保護(hù)電路通常有兩種，下圖是小功率短路保護(hù)電路，其原理簡述如下：

當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導(dǎo)通，UC3842①腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通，UC3842⑦腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①腳電位消失，TL431不導(dǎo)通UC3842⑦腳電位上升，UC3842重新啟動，周而復(fù)始。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。

3、下圖是中功率短路保護(hù)電路，其原理簡述如下：

當(dāng)輸出短路，UC3842①腳電壓上升,U1③腳電位高于②腳時，比較器翻轉(zhuǎn)①腳輸出高電位，給C1充電，當(dāng)C1兩端電壓超過⑤腳基準(zhǔn)電壓時U1⑦腳輸出低電位，UC3842①腳低于1V，UCC3842停止工作，輸出電壓為0V，周而復(fù)始，當(dāng)短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時間常數(shù)，阻值不對時短路保護(hù)不起作用。

4、下圖是常見的限流、短路保護(hù)電路。其工作原理簡述如下：

當(dāng)輸出電路短路或過流，變壓器原邊電流增大，R3兩端電壓降增大，③腳電壓升高，UC3842⑥腳輸出占空比逐漸增大，③腳電壓超過1V時，UC3842關(guān)閉無輸出。

5、下圖是用電流互感器取樣電流的保護(hù)電路，有著功耗小，但成本高和電路較為復(fù)雜，其工作原理簡述如下：

輸出電路短路或電流過大，TR1次級線圈感應(yīng)的電壓就越高，當(dāng)UC3842③腳超過1伏，UC3842停止工作，周而復(fù)始，當(dāng)短路或過載消失，電路自行恢復(fù)。

三、輸出端限流保護(hù)

上圖是常見的輸出端限流保護(hù)電路，其工作原理簡述如上圖：當(dāng)輸出電流過大時，RS(錳銅絲)兩端電壓上升，U1③腳電壓高于②腳基準(zhǔn)電壓，U1①腳輸出高電壓，Q1導(dǎo)通，光耦發(fā)生光電效應(yīng)，UC3842①腳電壓降低，輸出電壓降低，從而達(dá)到輸出過載限流的目的。

四、輸出過壓保護(hù)電路的原理

輸出過壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計值時，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時，過壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級用電設(shè)備。應(yīng)用最為普遍的過壓保護(hù)電路有如下幾種：

1、可控硅觸發(fā)保護(hù)電路：

如上圖，當(dāng)Uo1輸出升高，穩(wěn)壓管(Z3)擊穿導(dǎo)通，可控硅(SCR1)的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。Uo2電壓對地短路，過流保護(hù)電路或短路保護(hù)電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當(dāng)輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過R對地泄放，可控硅恢復(fù)斷開狀態(tài)。

2、光電耦合保護(hù)電路：

如上圖，當(dāng)Uo有過壓現(xiàn)象時，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦(OT2)R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1基極得電導(dǎo)通，3842的③腳電降低，使IC關(guān)閉，停止整個電源的工作，Uo為零，周而復(fù)始。

3、輸出限壓保護(hù)電路：

輸出限壓保護(hù)電路如下圖，當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，Q1基極有驅(qū)動電壓而導(dǎo)通，UC3842③電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，UC3842③電壓降低，輸出電壓升高。周而復(fù)始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)(取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值)。

4、輸出過壓鎖死電路：

圖A的工作原理是，當(dāng)輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2基極得電導(dǎo)通，由于Q2的導(dǎo)通Q1基極電壓降低也導(dǎo)通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導(dǎo)通，UC3842③腳始終是高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1③腳電壓升高，①腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1①腳始終輸出高電平Q1始終導(dǎo)通，UC3842①腳始終是低電平而停止工作。正反饋?

五、功率因數(shù)校正電路(PFC)

1、原理示意圖：

2、工作原理：

輸入電壓經(jīng)L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經(jīng)R1、R2分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，即改變Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導(dǎo)通時儲存能量，在Q1關(guān)斷時施放能量。D1是啟動二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，另一路經(jīng)R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，穩(wěn)定PFC輸出電壓。

六、輸入過欠壓保護(hù)

1、原理圖：

2、工作原理：

AC輸入和DC輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳基準(zhǔn)電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。另一路經(jīng)R7、R8、R9、R10分壓后輸入比較器6腳，如取樣電壓低于5腳基準(zhǔn)電壓，比較器7腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出。