由P1014AP10构成的数字机开关电源原理分析

开关电源工作原理开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。

一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。

通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。

最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。

也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。

他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！！成本很低．如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义开关电源的工作原理是:1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源. 主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

5维修技术欢迎投稿：@2009年第19期的控制原理，对3K W 调频发射机的高压二档控制线进行改进，3KW 调频发射机的高压一档、二档控制线路如图。

从线路图上可以看出，当D34的⑥脚为低电平时，K8的⒗脚也为低电平，K8吸合，则高压一档上。

同时，D34始延时三秒，三秒后D34的⑧脚输出高电平，D31的14脚输出为低电平，K20吸合，则高压二档上。

当东芝10KW UHF 电视发射机对3KW 调频发射机产生电磁干扰时，仅仅掉高压二档，而对高压一档没有影响，可见问题出在高压二档控制线路中，通过检查相关器件，没有发现问题，于是，在D31的③脚和⒁脚各增加一个0.47u f 涤纶电容，用于吸收瞬间电磁脉冲，抑制东芝10KW UHF 电视发射机对3KW 调频发射机的干扰，重新开机实验，干扰现象再没出现。

可见，后天的电磁干扰的抑制方法很多，可以选择一种或多种综合运用。

但不论选择什么方法都没有从设计之初就着手考虑电磁兼容性可靠，而后来采取的措施只是“亡羊补牢”。

若在产品开始研制时即进行电磁兼容设计，大多数的传导和辐射干扰都可以得到控制。

■安森美半导体公司（O N S e m ic o n d u c t o r ）研制的电源管理芯片NCP101X 系列分为NCP1010、NC P1011、N CP 1012、NC P1013和NCP1014等型号，常被用于小功率AC-DC 转换电路。

近年来，一些品牌的数字卫星接收机采用了以P1014AP10为核心元件的开关电源电路，如：Glomax 系列和诺普斯系列的一些机型等。

P1014AP10电源管理芯片引脚功能为：①脚为电源端，②、③、⑦、⑧脚为接地端，④脚为反馈输入端，⑤脚接内部场效应开关管的漏极。

现以Glomax 5066型数字卫星接收机开关电源为例，分析其工作原理。

（如图为Glomax 5066型数字卫星接收机开关电源原理图）由于P1014AP10工作频率最高可达130KHz ，因而简化了变压器设计工艺，不必采用体积大、成本高的开关变压器，P1014AP10的工作频率经抖动处理后有效地降低了电磁干扰，完全可以省略开关电源交流输入电路中的抗干扰电路，这也是由P1014AP10构成的开关电源电路与其他类型开关电源电路的不同之处。

开关电源分析开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源转换器。

它将输入电压转换为所需输出电压，并通过开关元件的控制实现电路的开关功能。

在讨论开关电源的原理和分析之前，我们先来了解一下开关电源的基本构成和工作原理。

开关电源通常由输入滤波电路、整流电路、变换电路和输出滤波电路四个主要部分组成。

首先是输入滤波电路，它主要用来对输入电压进行滤波和去除杂散干扰。

输入电压经过输入滤波电路后，得到平稳的直流电压。

接下来是整流电路，它将输入直流电压转换为脉冲电压。

整流电路通常采用二极管桥整流电路。

当输入电压大于输出电压时，二极管导通，电流经过负载；否则，二极管不导通，电流通过滤波电容器进行充电。

然后是变换电路，它是开关电源的核心部分，用于将脉冲电压转换为所需的输出电压。

变换电路主要由开关管和变压器组成。

开关管控制变压器的工作状态，将输入电压转换为脉冲电流，并通过变压器的绝缘性能得到所需的输出电压。

最后是输出滤波电路，它主要用于滤波输出脉冲电压，使其变得平稳，以供给电子设备使用。

了解了开关电源的基本构成和工作原理，我们接下来来分析一下开关电源的优点和缺点。

首先是开关电源的优点。

开关电源的转换效率较高，一般可以达到70%以上，有些高效率电源甚至可以达到90%以上。

这是因为开关电源采用了高频开关技术，减小了传统线性电源中能量损耗较高的电压调节器。

开关电源还具有体积小、重量轻的特点，便于携带和安装。

此外，开关电源还能实现对输出电压和电流的精确控制，并提供额外的保护功能，如电流限制、过温保护等。

然而，开关电源也存在一些缺点。

首先是开关电源产生的高频噪声会对其他电子设备造成干扰。

其次，开关电源的设计和制造要求较高，需要较复杂的电路和元器件，增加了成本和技术难度。

此外，开关电源还可能产生较多的电磁辐射，对周围环境和人体健康造成一定的影响。

因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择是否使用开关电源。

最后，我们来简单介绍一下开关电源的应用领域。

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间接代换P1014AP10的两种方法
作者：郑秀峰
来源：《卫星电视与宽带多媒体》2012年第06期
间接代换P1014AP10的两种方法
NCP1014是美国安森美半导体公司（ON Semiconductor）研制的电源管理芯片，同系列
的还有NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013，在外星人、地球人、诺普斯、Glomax等品牌数字机的开关电源中采用NCP1014。

如NCP1014损坏后可用同系列或TYN264P-268P直接代换，如无元件供直接代换，可考虑用外围电路简捷的其他电源管理芯片间接代换，当然要对原电路进行稍加改动，需改动的电路部分越少越好，有时有可能还需要增加几个元件。

图1、图2分别为用VIPer22A、TOP224Y间接代换NCP1014电路原理图，是在Glomax 5066型数字卫星接收机原开关电源的基础上进行的，“×”处为切断的电路处，虚线为修改的连接线。

代换时，先将损坏的P1014AP10拆下，按照VIPer22A或TOP224Y应用电路改动，重新连线即可。

代换时应注意原电路中其他元件是否有损坏的情况，否则代换后也不能正常工作。

用TOP224Y代换时，需在控制端（C）和源极（S）间增加一个电阻R（10-47Ω）、一个电解电容C（47-220μF/16V），还应根据TOP224Y芯片温升情况决定是否加装散热片。

开关电源工作原理如何理解及其电路图详细解析开关模式电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。

其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。

开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

开关模式电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。

其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。

开关电源的输入多半是交流电源(例如市电)或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。

理想上，开关电源本身是不会消耗电能的。

电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。

相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体管工作在放大区，本身也会消耗电能。

开关电源的高转换效率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。

若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要好。

不过开关电源比较复杂，内部晶体管会频繁切换，若切换电流尚加以处理，可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备，而且若开关电源没有特别设计，其电源功率因数可能不高。

主要用途开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯带，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

开关电源原理总结站长编著第一部分:功率电子器件第一节:功率电子器件及其应用要求功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。

这些设备都是自动化系统中必不可少的,因此,我们了解它们是必要的。

近年来,随着应用日益高速发展的需求,推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展,功率电子器件有了飞跃性的进步。

器件的类型朝多元化发展,性能也越来越改善。

大致来讲,功率器件的发展,体现在如下方面:1.器件能够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。

以开关电源为例,采用双极型晶体管时,速度可以到几十千赫;使用MOSFET和IGBT,可以到几百千赫;而采用了谐振技术的开关电源,则可以达到兆赫以上。

2.通态压降(正向压降降低。

这可以减少器件损耗,有利于提高速度,减小器件体积。

3.电流控制能力增大。

电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾,目前最大电流控制能力,特别是在电力设备方面,还没有器件能完全替代可控硅。

4.额定电压:耐压高。

耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数,特别对电力系统,这显得非常重要。

5.温度与功耗。

这是一个综合性的参数,它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。

目前有两个方向解决这个问题,一是继续提高功率器件的品质,二是改进控制技术来降低器件功耗,比如谐振式开关电源。

总体来讲,从耐压、电流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定场合,仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。

但一般的工业自动化场合,功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT,特别是IGBT获得了更多的使用,开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。

第二节:功率电子器件概览一.整流二极管:二极管是功率电子系统中不可或缺的器件,用于整流、续流等。

目前比较多地使用如下三种选择:1.高效快速恢复二极管。

压降0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。

2.高效超快速二极管。

0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。

3.肖特基势垒整流二极管SBD。

NCP1014非隔离线路的应用解决方案森美半导体公司推出的电源管理芯片NCP101X 除了在小功率AC-DC的转换应用外，可以用来设计取代家用电器及工业应用领域小功率线性电源。

它不仅可以去掉体积大成本高的变压器，而且克服了阻容降压式线性电源负载特性差等缺点。

NCP101X系列包含NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013和NCP1014等型号，具有PDIP-7、PDIP-7GULL WING、SOT-223 三种封装，最大电流450mA，适用于家用电器以及LED驱动器等。

实验结果表明了该方案的有效性和实用性。

一、NCP101X系列开关电源管理芯片的性能特点1)NCP101X系列构成非隔离式需要的外围元件较少的节能开关电源，与传统的解决方案相比，不仅比电容降压式线性稳压电源更高的效率，而且具有更大的输出能力。

较传统的线形变压器相比，体积小、性能高,而且更加廉价。

2)NCP101X系列可设计成隔离/非隔离的输出降压电路，LED恒流驱动电路等，满足不同户的需要。

3)输入交流电压范围宽，此设计中，在AC60V~300V范围内能具有良好的电压调整率和负载调整率。

4)NCP101X系列具有可选择的开关频率(65K/100K/130K)，抗干扰能力强，待机功耗小，具有频率抖动和动态自供电等功能。

5)NCP101X系列保护功能完善，具有短路自动重启、限流、过热、限制Duty等保护线路。

二、NCP1014非隔离线路的典型应用NCP1014构成的非隔离开关电源电路如图1所示，输入交流60V~264V，输出直流12V/120mA，功率为1.5W，峰值功率2W，输出电感为普通的工字型电感。

该线路适用于空调、洗碗机、电饭煲等家用电器的控制电源，也可以做夜间照明、LED驱动、智能化电能表以及住宅热控制器等允许使用非隔离电源的场合。

图1：NCP1014构成的非隔离开关电源电路其中，输入部分由可熔断电阻器RT，整流二级管D1、D2，电容C1、CX以及电感L组成。