最新81 开关电源电路设计
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附图的电源电路可提供40~100W的输出功率,并具有体积小、性能稳定的特点。
电路原理
市电经全桥整流、LC滤波后为整体电路提供所需的直流电压,当市电超过270V时,压敏电阻U对电路进行保护。
R1与RPl为V1提供偏置,注意偏压须由高往下调,以免损坏Vl。
T与C4、C5组成LC振荡,工作频率约50kHz~150kHz,012与L3、C7、C8、C9提供整流滤波输出。
输出电压可由T的次级绕组决定,也可根据需要增加绕组。
V2由热敏电阻R4进行限流保护。
热敏电阻贴在散热板上。
当温度或电路电流过高时,散热板升温,R4阻值减小,V2导通,V1栅极电压降低,从而对整体电路进行保护,当温度降下来以后,电路又恢复正常。
元件选择与制作说明除电路标明外,还需注意:
Ll、L2的载流量不小于0.3A~0.5A,调整RPl使电路工作电流为0.2A~0.6A,T可用MX磁环或E型磁心绕制,初级用两股φ0.12mm漆包线绕300-480匝并在1/3处抽头,次级用7股φ0.21mm漆包线绕11~18匝,通过改变抽头位置可增加或减小工作电压,从而可改变输出功率,输出绕组可根据需要按正负对称输出或单、双组电源输出。
V1、T、QL2固定在大于70mmx70mmx4mm的散热片上并保持绝缘良好,R4贴在散热板上,将烙铁放在散热板下面,微调RP2,选择合适的保护温度,还可以在DCl2V输出端加一个CPU风扇,对着散热片降温,整个电路用铁制金属盒屏蔽封装。
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开关电源安全保护电路原理图解对于开关电源而言, 平安、牢靠性历来被视为重要的性能之一. 开关电源在电气技术指标满意电子设备正常使用要求的条件下, 还要满意外界或自身电路或负载电路消失故障的状况下也能平安牢靠地工作. 为此, 须有多种爱护措施. 对爱护电路的特点分析, 对存在不足期盼克服, 盼望设计出更平安、更牢靠的爱护电路。
1 浪涌电流电路剖析浪涌电流是由于电压突变所引起. 如电子设备在第一次加电压时, 由于大容量电源电容器充电引起的涌入初始电流开机浪涌电流; 又如直击雷、感应雷沿着电源线进入开关电源的突变电压所产生瞬态电流雷浪涌电流. 浪涌电流上升时间特别快, 持续时间特别短, 破坏作用特别大. 为防止或减轻浪涌电流的破坏, 设置抑制浪涌电流或将浪涌电流转移到地线等方式来爱护开关电源避开浪涌电流的损害。
1. 1 启动限流爱护开关电源的初级整流电路有大容量滤波电容,开机瞬间整流管向这些大电容充电, 使整流管瞬时电流超过额定值. 为减小开机启动限流( 浪涌电流) ,开关电源通常都设有抗冲击电路. 如图1 电路, 在开机瞬间, 开关电源变压器的3、4 绕组电压为0V, VD5截止, 晶闸管VD6 的G、K 极间电压为0V, VD6 截止.充电电流路径: AC220V→VD1-4 正极→大电容C1→地→R2→VD1- 4 负极. 由于R2 有阻碍大电流作用( 一般设为3. 3Ω) , 因此能有效限制开机浪涌电流。
开关电源正常工作后, 开关电源变压器的1、2绕组上产生感应电压, 对C2 充电( 充电时间常数约等于R3×C2) , 使VD6 导通, 整流电流不再经R2, 而是经VD6 的A、K 极返回整流桥VD1- 4 的负极. 也就是说, 在正常工作状态, VD6 将R2 短路, 防止R2产生功耗.R2 仅在开机瞬间起作用。
用晶闸管作启动限流爱护平安牢靠, 但电路比较简单些, 从电路成本和电路简捷等角度来说用温控电阻作启动限流爱护, 它既经济又简洁更平安牢靠, 如图3。
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理,该电源可输出5V电压,如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻,作用是保护后面的整流桥,刚开机时热敏电阻处于冷态,阻值比较大,可以限制输入电流,正常工作时,电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号,电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号,用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感,实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作,对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能,而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路,把输入的交流电压进行全波整流,然后用C1进行滤波,最后变成直流输出供电电压,为后级的功率变换器供电,整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压,此电压经R12降压后给C4充电,供电UC3842的7脚,当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作,反馈绕组的能量经过D6整流,C4滤波,又供电到UC3842的7脚,这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端,和内部电路构成振荡电路,振荡的工作频率计算为:f=1.8/(Rt*Ct)代入数据可计算工作频率:f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成,假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑,当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时,TL431的2、3脚导通,→通过光电耦合到UC3842的2脚,于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓,达到稳压作用;反之,假设输出电压下降,则稳压过程与上相反。
开关电源设计步骤一 确定系统对象图1线性电源范围(min line V 和maxline V ):电压倍压电路如图1所示,通常是用于正激式电路,在普通电压输入的情况下。
所以最小的线性电压是实际电压的2倍。
——线性频率L f 。
——最大输出功率0P 。
——预计功率:这是需要估计这功率转换器的效率去计算出这最大的输入电压。
如果无法参考资料,设0.7~0.75ff E =,用于低电压输出的设备;设0.8~0.85ff E =,用于高电压输出的设备。
确定的估计效率,这最大的输出功率是0in ffP P E =(1) 基于输入最大功率,选择适合的开关芯片。
因为MOSFET 管的两端电压是转换器的两倍电压,一个额定电压是800V 的开关芯片, M OS 管就可用于一般的电压输入。
开关芯片的种类的额定功率已经在设计软件之内。
步骤二 确定DC 电容(DC C )和DC 电压范围图2这最大的DC 电压(DC link voltage)波纹是:max DC V =(2)ch D 是链电容(DC link capacitor)占空比,如图2,通常值为0.2。
通常把max DC Vminline 的10%~15%。
用于倍压器的两个电容要串联,每个电容值是方程(2)中所需电容的2倍。
在已知的最大电压波纹,那么这最小和最大的直流链电压(DC link voltage )是:min min maxDC line DC V V =- (3)max maxDC lineV =(4) 步骤三 确定变压器重置方式和最大占空比(m a x D )正激式开关电源一个固有的限制,在MOSFET 关闭的时候,就是变压器必须重置。
因此,额外的重置方案应该被纳入。
现有两个重置方案: a . 辅绕组重置该方案有益于效能,因为能量被储存在磁化电感中,且能量会释放回输入电路中。
但是额外的绕组会使得变压器的构造更复杂。
MOSFET 管上最大的电压和最大占空比是:max max (1)p ds DC rN V V N =+(5)max p p rN D N N ≤+(6)p N 和r N 分别是初级(primarywinding )匝数(笔者注:初级=主绕组)和辅绕组匝数。