干货 反激开关电源电路分析
发表时间: 2023-12-11 17:07:54 作者: 变压器
最近在某宝买了一个AC-DC 开关电源,向他要一个原理图,想着哪里坏了能自己修一修,结果说没有。这我怎么能忍??于是自己就结合网上资料和板子的丝印画出了他的原理图。
开关电源是利用现代电子电力技术,控制开关管开通和关断的时间比率。维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM) 控制 IC 和MOSFET构成。
我们知道,所有的能量都不会凭空消失,损耗的能量最终都会以热的形式传递出去,这样,电路中就要增加更大的散热片。结果电源的体积就会变大,并且整机的效率也很低。
开关稳压器,实现稳压,就需要控制系统(负反馈),从自动控制理论中我们大家都知道,当电压上升时,通过负反馈把他降低,当电压下降时,就把它升上去。这样就形成了一个控制的环路,如PWM(脉宽控制),PFM(频率控制)等。
但是,我们不能采用一个脉冲输出,需要一种实现能量流动平稳化的方法。通过很多的脉冲,高频的切换,将再开关接通期间存储能量,而在开关切断时提供能量的方法,以此来实现平稳。
如图,是一个简化的降压开关电源,为了方便电路分析,先不加入反馈控制部分。
状态1:当 S1 闭合时,输入的能量从C1 ,通过S1 -->
电感器L1 -->
电容器C2 -->
负载RL供电,此时,电感器L1同时也在 储存能量,能够获得 加载L1上的电压为 :Vin - V0 = L*di/dton。
状态2:当 S2 关断时,由于电感储存能量,( 电感阻碍电流的变化,与电流的方向一致,变化时,将电感理解为一个电压源,该电压源输出的电流与原来的一致。)因此,从电感器L1储存的能量 -->
电容器C2 -->
负载RL -->
二极管D1。此时可得式子:L*di/dtoff = V0。
反激式变换器是由 Buck-Boost 变换器推演而来,将电感变换一个隔离变压器,就能够获得下图的反激式变换器。
当开关管开通,电感的电流上升,能够准确的看出,它的电流图形和 BUCK-BOOSK的图形是非常相似的,它的区别就是一个原副边的匝数比,这里也可以看做变压器就是一个电感的作用。
单端反激式开关电源如图所示,电路中所谓的单端是指高频变化器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指开关管导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管D1处于截止状态,再初级绕组中存储能量。当开关管截止时,变压器T初级绕组中存储的能量,通过次级绕组激VD1整流和电容C滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路,输出功率为20-100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大,外特性差,适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍,工作频率在20-200kHz之间。
所谓的 EMI 就是电磁干扰,一般会用共模滤波器,这中间还包括共模电容,不平衡变压器或者共模电感。共模电容将两个输入线的共摸电流旁路到大地,共摸电感呈现一个平衡阻抗,也就是说,电源线和地线中阻抗相等,这个阻抗对共模噪声呈现阻抗特性。
共模滤波器的作用是消除开关电源特有的开关干扰,以保证设备自身和电网中的别的设备免除干扰。
R1 R2 : 放电电阻,给这部分滤波放电,使用多个电阻是为了分散承受放电的功率。
交流电,经过整流桥整流后,经过C2滤波后得到较为纯净的直流电压。若C2容量变小,输出的交流纹波将增大。
NTC 热敏电阻:在电路的输入端串联一个负温度系数的热敏电阻增加线路的阻抗,这样做才能够有效的抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。
当电路进入稳态工作时,由于线路中持续工作电流引发 NTC 发热,使得电阻器的电阻值变得很小,对线路造成的影响可以完全忽略。
(1) 传统启动方式:使用VDD作启动引脚时,芯片支持整流前启动与整流滤波后启动,启动电路如下:
(2) 具有OCP补偿功能的启动方式:使用3脚VIN作为启动引脚时芯片具有OCP补偿功能,但仅支持从整流滤波后启动的方式,如下所示:
左侧,当系统的输入电压发送变化时,通过启动电阻流经Vin端的电流也会发生明显的变化,芯片通过检验测试该端口变化值来自动实现补偿,使系统达到恒定功率输出的目的。
右侧,当电源上电开机时,通过启动电阻R11给 VDD端的电容C1 充电,直到VDD端口电压达到芯片的启动电压 Vth(ON) (典型值 16.5V)时,芯片才被激活并且驱动整个电源系统正常工作。
R9 与 C5 构成R-C网络,避免由于Sense 端的电流反馈信号前沿噪声干扰维持的时间超过芯片内置的前沿消隐(LEB)时间导致系统性能异常。
能量不可能凭空消失,因此就需要一个回路来释放电感存储的能量,开关OFF时,通过二极管D6 电阻R10 释放能量,此处的电容与电阻并联,为了尽最大可能避免开关管的高频信号影响直流分量信号,起滤波作用。
MOS管一般都是慢开快关。在关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放,保证开关管能快速关断。
为使栅源极间电容电压的快速泄放,常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管,如上图所示,其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小,同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大,把电源IC给烧掉。
CR6842 允许设计者依据系统的使用环境自行调制系统的工作频率,CR6842的典型工作频率为65KHZ,其应用电路如下:
C6 与 R12 串联组成吸收回路与二极管并联,其作用是抑制方向峰值电压(削弱尖峰)对二极管的造成耐压不足引起损坏。
上图中的431不是用于稳压,而是用作一个电压门限开关,它与R14,R15一起检测+12V电压的变化,当+12V电压升高时,431的K极和A极短接,然后将光耦发光二极管的阴极接地,光耦导通,电源芯片(TMG0165)的第一管脚(FB)被拉低,芯片便调整输出占空比,使+12V电压降低。当+12V降低时,光耦不导通,电源芯片 FB 端为高电平,调整输出占空比,使+12V升高。
当输入电压变化时,431会将变化的电压通过电流的作用转化到输入端的电阻上,其过程为:当输入端电压升高时,431的 K 极与 A 极之间的三极管 CE极电流增大,即 Ik电流变大(而 R1 和 R2 上的电流不变)输入端的电阻压降升高,来保证 VKa 不变。当输入端电压降低时,431 的 K极和 A极 之间的三极管 CE极电流减少,即 Ik电流减少(而 R1 和 R2 上的电流不变),输入端的电阻压降减少,来保证 VKa 不变。