開關電源原理及各功能電路詳解(上)

一、 開關電源的電路組成

開關電源的主要電路是由輸入電磁幹擾濾波器（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。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。 開關電源的電路組成方框圖如下：

二、 輸入電路的原理及常見電路[：

1、AC輸入整流濾波電路原理：

① 防雷電路：當有雷擊，產生高壓經電網導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3會燒毀保護後級電路。

② 輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源幹擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網幹擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由於瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪湧電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間後溫度升高後RT1阻值減小（RT1是負溫係數元件），這時它消耗的能量非常小，後級電路可正常工作。 ③ 整流濾波電路：交流電壓經BRG1整流後，經C5濾波後得到較為純淨的直流電壓。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型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源幹擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網幹擾。C3、C4為安規電容，L2、L3為差模電感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪湧電路。在起機的瞬間，由於C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成迴路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。如果C8漏電或後級電路短路現象，在起機的瞬間電流在RT1上產生的壓降增大，Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護後級電路。

三、 功率變換電路：

1、 MOS管的工作原理：目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是MOSFET（MOS管），是利用半導體表面的電聲效應進行工作的。也稱為表面場效應器件。由於它的柵極處於不導電狀態，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來改變半導體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。

2、 常見的原理圖：

3、工作原理

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩衝器，和開關MOS管並接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易產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測得的電流峰值信號參與當前工作周波的佔空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷 。 R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁幹擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其佔空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據輸出電壓和電流時刻調整著⑥腳鋸形波佔空比的大小，從而穩定了整機的輸出電流和電壓。 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將輪流導通。

5、有驅動變壓器的功率變換電路

T2為驅動變壓器，T1為開關變壓器，TR1為電流環。

四、 輸出整流濾波電路

1、 正激式整流電路：

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

2、 反激式整流電路：

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

3、 同步整流電路：

工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經C2、R5、R6、R7使Q2導通，電路構成迴路，Q2為整流管。Q1柵極由於處於反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經C3、R4、R2使Q1導通，Q1為續流管。Q2柵極由於處於反偏而截止。L2為續流電感，C6、L1、C7組成π型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。