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高频开关电源电路图解析原则

高频开关电源电路图解析
所谓高频开关电源,故名思议,就是这里有一扇门,一开门高频开关电源就经过,一关门高频开关电源就中止经过,那么什么是门呢,高频开关电源里有的选用可控硅,有的选用开关管,这两个元器材功能差不多,都是靠基极、(开关管)操控极(可控硅)上加上脉冲信号来完结导通和截止的,脉冲信号正半周到来,操控极上电压升高,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,经过开关变压器传到次级,再经过变压比将电压升高或下降,供各个电路作业。振动脉冲负半周到来,高频开关电源调整管的基极、或可控硅的操控极电压低于本来的设置电压,高频开关电源调整管截止,300V 高频开关电源被关断,开关变压器次级没电压,这时各电路所需的作业电压,就靠次级本路整流后的滤波电容放电来坚持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时,重复上一个进程。这个开关变压器就叫高频变压器,因为他的作业频率高于50HZ 低频。那么推进开关管或可控硅的脉冲怎么取得呢,这就需求有个振动电路发生,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 是扩大状况,0.7V 以上就是饱满导通状况, -0.1V- -0.3V就作业在振动状况,那么其作业点调好后,就靠较深的负反应来发生负压,使振动管起振,振动管的频率由基极上的电容充放电的时刻长短来决议,振动频率高输出脉冲幅度就大,反之就小,这就决议了高频开关电源调整管的输出电压的巨细。那么变压器次级输出的作业电压怎么稳压呢,一般是在开关变压器上,单绕一组线圈,在其上端取得的电压经过整流滤波后,作为基准电压,然后经过光电耦合器,将这个基准电压回来振动管的基极,来调整震动频率的凹凸,如果变压器次级电压升高,本取样线圈输出的电压也升高,经过光电耦合器取得的正反应电压也升高,这个电压加到振动管基极上,就使振动频率下降,起到了安稳次级输出电压的安稳,太细的作业情况就不用细讲了,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,并与后级离隔,回来的取样电压由光耦传递也与后级离隔,所以前级的市电电压,是与后级别离的,这就叫冷板,是安全的,变压器前的高频开关电源是独立的,这就叫高频开关电源。
高频开关电源电路图
一、主电路
从沟通电网输入、直流输出的全进程,包含:
1、输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,一同也阻挠本机发生的杂波反应到公共电网。
2、整流与滤波:将电网沟通高频开关电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级改换。
3、逆变:将整流后的直流电变为高频沟通电,这是高频高频开关电源的中心部分,频率越高,
体积、分量与输出功率之比越小。
4、输出整流与滤波:依据负载需求,供给安稳可靠的直流高频开关电源。
二、操控电路
一方面从输出端取样,经与设定规范进行比较,然后去操控逆变器,改动其频率或脉宽,到达输出安稳,另一方面,依据测验电路供给的材料,经维护电路辨别,供给操控电路对整机进行各种维护措施。
三、检测电路
除了供给维护电路中正在运转中各种参数外,还供给各种显现外表材料。
四、辅佐高频开关电源
供给一切单一电路的不同要求高频开关电源。
开关操控稳压原理
开关K 以必定的时刻距离重复地接通和断开,在开关K 接通时,输入高频开关电源E 经过开关K 和滤波电路供给给负载RL ,在整个开关接通期间,高频开关电源E 向负载供给能量;当开关K 断开时,输入高频开关电源E 便中断了能量的供给。可见,输入高频开关电源向负载供给能量是断续的,为使负载能得到接连的能量供给,开关稳压高频开关电源有必要要有一套储能设备,在开关接通时将一部份能量贮存起来,在开关断开时,向负载开释。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 用以贮存能量,在开关断开时,贮存在电感L 中的能量经过二极管D 开释给负载,使负载得到接连而安稳的能量,因二极管D 使负载电流接连不断,所以称为续流二极管。在AB 间的电压平均值EAB 可用下式表明:
EAB=TON/T*E 式中TON 为开关每次接通的时刻,T 为开关通断的作业周期(即开关接通时刻TON 和关断时刻TOFF 之和)。
由式可知,改动开关接通时刻和作业周期的份额,AB 间电压的平均值也随之改动,因而,跟着负载及输入高频开关电源电压的改动主动调整TON 和T 的份额便能使输出电压V0坚持不变。改动接通时刻TON 和作业周期份额亦即改动脉冲的占空比,这种办法称为“时刻比率操控”(Time Ratio Control,缩写为TRC )。
按TRC 操控原理,有三种办法:
一、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM )
开关周期安稳,经过改动脉冲宽度来改动占空比的办法。
二、脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM )
导通脉冲宽度安稳,经过改动开关作业频率来改动占空比的办法。
三、混合调制
导通脉冲宽度和开关作业频率均不固定,彼此都能改动的办法,它是以上二种办法的混合。
自激高频开关电源电路图
自激高频开关电源电路图,STR41090高频开关电源归于自激式并联型高频开关电源,习惯电网电压才能为150-280V 。
振动进程 C808上约300V 直流电压经R811加到N801的(2)脚内部开关管的B 极,一同经T802的(1)、(3)绕组加到N801的(3)脚内部开关管的C 极,开关管开端导通,电流流过T802的(1)、(3)绕组,在(1)、(3)绕组发生感应电压,极性为(3)正(1)负,经耦合,在(6)、(7)绕组也发生感应电压,极性为(7)正(6)负,此正反应电压经C819、R817、R816送回到N801的(2)脚,使开关管电流进一步增大,雪崩的进程使开关管敏捷饱满。 开关管饱满期间,T802(1)、(3)绕组的电流线性增大,VD821、VD822截止,T802贮存磁场能量。因为C819不断被充电,使N801的(2)脚电压不断下降,到某一时刻,N802(2)脚上的电压不能坚持内部开关管的饱满,开关管退出饱满状况,C 极电流减小,T802各绕组的感应电压极性悉数翻转,反应绕组(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,又一雪崩进程使开关管敏捷截止。开关管截止期间,VD821导通,在C822电容上构成112V 电压;VD822也导通,在C824电容上构成18V 电压,T802贮存的磁场能量被开释。另一方面,C819上的电压经R817、R816、VD812、VD813放电,一同300V 电压经R811给C819反向充电,这两个因素使C819左端的电压上升,即N801(2)脚的电压上升,当(2)脚电压上升0.6V 以上时,开关管再次导通,开端下一周期的振动。稳压电路 稳压电路由STR41090内部完结,T802的(5)、(6)脚为取样绕组,经VD814整流、C817滤波,在C817上构成取样电压,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,经过内部调理,最终使输出电压安稳在112V 。 维护电路 R814、V801为开关管过流维护电路,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巨细,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,阻挠了开关管过流的可能。R812、C812为软起动电路,运用C812两头电压不能突变的特色,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满时刻过长而损坏。
高频开关电源电路图

1 简介
高频开关电源是一种运用开关功率器材并经过功率改换技术而制成的直流稳压高频开关电源. 它具有体积小、分量轻、功率高、对电网电压及频率的改动习惯性强、输出电压坚持时刻长、有利于计算机信息维护等长处, 因而广泛运用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通讯设备, 是当今电子信息产业飞速发展不行缺少的一种高频开关电源. 高频开关电源又被称为高效能节能高频开关电源, 内部电路作业在高频开关状况, 自身消耗的能量很低, 一般高频开关电源功率可达80%左右, 比一般线性稳压高频开关电源进步一倍. 现在出产的无工频变压器式中, 高频开关电源依然选用脉冲宽调制器PWM 或脉冲频率调制器PFM 的原理. 本文依据PWM 原理, 运用开关管BU508A, 结合实例介绍一种无工频变压器的反激阻隔式的开关稳压高频开关电源的规划.
2 首要技术参数
输入电压:AC220V
输入频率:50Hz
输入电压规模:AC165V-265V
输出电压:DC24V,2A
输出功率:48W
3 作业原理
高频开关电源的作业原理如图1所示, 输入电压为AC220v,50Hz 的沟通电, 经过滤波, 再由整流桥整流后变为直流, 经过操控电路中开关管的导通和截止使高频变压器的一次测发生低压高频电压, 经由小功率高频变压器藕合到二次测, 再经整流滤波, 得到直流电压输出. 为了使输出电压安稳, 用了TL431取样, 将差错经光耦合扩大, 经过PWM 来操控开关管的导通与截止时刻(即占空比), 使得输出电压坚持安稳
4 高频开关电源的规划
高频开关电源电路图如图2所示. 在此功率变换电路中, 选用单端反激式改换器, 单端是因为其高频变压器的磁芯只作业在榜首象限. 按变压器的副边开关整流器二极管的接线办法不同, 单端改换器可分为两种:正激式与反激式. 原边主功率开关管与副边整流管的开关状况相反(开关管导通时, 副边的整流二极管截止) 称为单端反激式. 当原边加到高电平鼓励脉冲使Q1导通, 直流输入高频变压器的原边两头, 此刻因副边是上负下正, 使整流二极管截止; 当驱动脉冲为低电平使Q1截止, 原边两头极性反向, 使副边绕组两头变为上正下负, 则整流二极管被正导游通, 尔后变压器副边的磁能向负载开释. 因而单端反激式改换器只是在原边Q1导通时贮存能量, 当它截止时才向负载开释, 故高频变压器在开关进程中, 既起变压阻隔作用, 又是电感储能元件.
在沟通高频开关电源的输入端接入的电磁搅扰滤波器, 由共模扼流圈L1、C2和C3构成,C2和C3的中点应接地, 用来按捺共模搅扰.C1用来滤波, 滤除串模搅扰, 电容量较大. 鉴于开关管
BU508A 在关断的瞬间, 高频变压器的漏感会发生尖峰电压, 运用C8、R3和D1组成钳位电路,C9的作用是滤除开关管集电极的尖峰电压, 决议主动重启动频率,C9和R4一同对操控回路进行补偿, 一同C9和R4还起原边快速复位的作用, 能有用的维护开关管不被损坏.
高频开关电源电路图

4.1 高频开关电源的开关操控部分
高频开关电源其中心是开关操控部分, 首要作业进程是经过图2中B 点和C 点电压的凹凸来操控主功率开关管Q1导通和截止的时刻(即占空比的巨细). 当Q1截止时A 点为高电平,C5对Q1放电, 使B 点电位敏捷进步, 使开关管Q1基极电位高于发射极, 因而Q1饱满导通, 并对C5进行充电. 而此刻的电流为变压器原边电流与Q1导通时的电流之和, 所以流经R5的电流值很大,C 点电位升高, 饱满导通使A 点电位下降,Q1也就截止.
D2和D3作用是在Q1导通时, 使C 点电位不致很高, 否则C5的放电时刻过长, 使Q1关断时刻toff 过大, 而Q1导通时刻ton 坚持不变, 这样频率变低. 若Q1导通时C 点进步太高时, 才将Q1变为截止, 此刻D2和D3正导游通,C 点的电位下降, 使得C5放电时刻很短就能将使Vb>Vc,使toff 也很小, 因而能够使频率到达很高.
4.2 PWM调理部分
Q1导通时, 绕组N2上正下负,C10吸收刚放电时的尖峰电压, 避免二极管D10正导游通损坏,D10正导游通, 使B 点电位升高, 然后使Q1更快饱满导通. 一同Q2导通, 再使Q3也导通,B 点电压下降, 原边线圈电流减小至截止. 这时N2边为下正上负,D4和D5导通,Q4基极变为高电位,Q4导通,C 点电位下降, 截止时刻变短, 而TL431反应电流使流入Q4基极的电流就会减小,C 点电位就下降得慢, 截止时刻变长.Q1导通时,TL431反应电流决议C 点电位升高的快慢来到达稳压的意图.C12是用来维护Q3, 在截止时反向峰值电压过高, 而损坏Q3. 反应操控就是将取样电压与基准电压比较, 转化为电流, 再经电流扩大来调理ton 与toff 来操控占空比然后到达稳压的意图.
R12是输出电压的最小负载, 避免负载空载时电压太高, 用于进步轻载时的电压调整
率.C17可恰当的下降差错扩大器的高频增益.TL431的基准电压与输出电压Vo 比较, 在R14构成差错电压, 然后使IC1的二极管发生不同的电流.R14是IC1二极管的限流电阻. 差错扩大的频率应由R13、R16、VR 和C17决议. 由C14和R10构成的RC 吸收网络, 能消除高频
自激振动, 减小射频搅扰.
4.3 高频改换器部分
因为高频变压器原边在单位时刻里供给的功率与ton 的平方和频率成正比、与输入原边直流电压的平方成正比, 与原边绕组匝数成反比, 若不考虑变压器的消耗, 由能量守恒可得变压器副边功率, 即输出的功率与变压器副边匝数, 以及负载无关, 只由原边供给的功率决议. 因而要得到不同的输出功率, 就只有靠改动高频变压器原边的功率. 改动ton 对输出功率的影响最大, 但遭到磁通复位条件的约束不宜较大的改动, 要改动输入原边的直流电压, 只能改动前面电路的滤波电感与滤波电容等参数, 还能够在前面参加一个电位器, 也能改动直流电压, 而频率要遭到功率开关管自身条件的约束. 所以改动原边绕组匝数是一个比较好的办法, 原边线圈绕组宽度不要太长, 而将其分为多层, 每一层的接入都用一个开关操控, 需求不同的绕组匝数接入不同的开关就能很好的操控原边上的功率, 然后得到不同的输出功率. 可是,toff 时刻内要使高频变压器的原边磁通复位, 在ton 时刻内要使其副边磁通复位, 如果在开关作业周期结束时, 磁通没有回到周期开端的起点, 则变压器磁芯内的磁通就会逐步添加, 导致磁芯饱满而损坏功率开关管. 要满足单端改换器的磁通复位条件, 就要使Ton 与Toff 的时刻恰当, 不能太长, 否则使开关管的频率变低, 一同与高频变压器原边与副边绕组的匝数有关.
4.4 TL431
TL431是三端可调稳压器, 运用两只外部电阻可设定2.50—36V 规模内的任何基准电压值.TL431的电压温度系数很小. 动态阻抗低, 典型值为0.2欧, 输出噪声低, 具有合适汽车工业等温度规模内所规则的热安稳性, 有用输出电路具有很陡的导通特性, 然后使得这些器材在比如板上稳压, 可调高频开关电源和高频开关电源的运用中, 能够很好的代替齐纳二极管.
5 结 论
依据上述原理, 进行了规划并制作了样机, 调试后功能安稳. 该电路的特色是占空比与输入电压成正比(频率成反比), 不受负载影响, 因而简单大规模操控. 因为开关管的频率受限, 能到达50KHz-100KHz 左右, 高频开关电源功率稍微比集成开关管低. 为了进步此电路的高频开关电源功率最好运用频率较高的开关管, 频率越高节能作用就最佳.

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