开关电源电路范文篇1
关键词：开关电源；反激式电路；高频变压器；脉宽调制；AC／DC
引言
随着现代科技的高速发展，功率器件的不断更新，PWM技术的发展日趋完善，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。
本文介绍了一种基于TOPSwith系列芯片设计的小功率多路输出AC／DC开关电源的原理及设计方法。
设计要求
本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为10w。为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB上。
考虑10W的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片TL431及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：
输出最大功率：10W
输入交流电压：85～265V
输出直流电压／电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA
纹波电压：≤120mV
单端反激式开关电源的控制原理
所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。这也是反激式电路的基本工作原理。而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。
TOPSwitch－Ⅱ系列
芯片选型及介绍
TOPSwitch－Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。源极(s)与高压功率回路的MOSFET的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。内部输出极MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降，控制电压的典型值为5．7V，极限电压为9V，控制端最大允许电流为100mA。
在设计时还对阈值电压采取了温度补偿措施，以消除因漏源导通电阻随温度变化而引起的漏极电流变化。当芯片结温大于135℃时，过热保护电路就输出高电平，关断输出极，此时控制电压Vc进入滞后调节模式，Vc端波形也变成幅度为4．7V～5．7V的锯齿波．若要重新启动电路，需断电后再接通电路开关，或者将Vc降至3．3V以下，再利用上电复位电路将内部触发器置零，使MOSFET恢复正常工作。
采用TOPSwitch-II系列设计单片开关电源时所需外接元器件少，而且器件对电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计十分方便，性能稳定，性价比更高。
对于芯片的选择主要考虑输入电压和功率。由设计要求可知，输入电压为宽范围输入，输出功率不大于10W，故选择TOP222G。
电路设计
本开关电源的原理图如图l所示。
主电路设计
电源主电路为反激式，c1、L1、c2接在交流电源进线端，用于滤除电网干扰，c5接在高压和地之间，用于滤除高频变压器初、次级后和电容产生的共模干扰，在国际标准中被称为“Y电容”。c1跟c5都称作安全电容，但c1专门滤除电网线之间的串模干扰，被称为“x电容”。
为承受可能从电网线窜人的电击，可在交流端并联一个标称电压U1mA为275V的压敏电阻VSR。
鉴于在功率MOSFET关断的瞬间，高频变压器的漏感产生尖峰电压UL，另外，在原边上会产生感应反向电动势UOR，二者叠加在直流输入电压上。典型的情况下，交流输入电压经整流桥整流后，其最高电压UImax=380V，UL≈165V，UOR=135V，则UOR+UL+UOR≈680V。这就要求功率MOSFET至少能承受700V的高压，同时还必须在漏极增加钳位电路，用以吸收尖峰电压，保护TOP222G中的功率MOSFET。本电源的钳位电路由D2、D3组成。其中D2为瞬态电压抑制器(TVS)P6KE200，D3为超快恢复二极管UF4005。当MOSFET导通时，原边电压上端为正，下端为负，使得D3截止，钳位电路不起作用。在MOSFET截止瞬间，原边电压变为下端为正，上端为负，此时D1导通，电压被限制在200V左右。
输出环节设计
以+5V输出环节为例，次级线圈上的高频电压经过UF5401型100V／3A的超快恢复二极管D7，由于+5V输出功率相对较大，于是增加了后级LC滤波器，以减少输出纹波电压。滤波电感L2选用被称作“磁珠”的3．3μH穿心电感，可滤除D7在反向恢复过程中产生的开关噪声。
对于其他两路输出，只需在输出端分别加上滤波电容。其中R3、R4分别为输出的假负载，它们能降低各自输出端的空载和轻载电压。
反馈环节设计
反馈回路主要由PC817和TL431及若干电容、电阻构成。其中u2为TL431，它为可调试精密并联稳压器，利用电阻R5、R6分压获得基准电压值。通过调节R5、R6的值可以调节输出电压的稳压值。C8为TL431的频率补偿电容，可以提高TL431的瞬态频率响应。C7为软启动电容，取C7=22μF时可增加4ms的软启动时间，在加上TOP222G本身已有的10ms软启动时间，则总共为14ms。
U3为PC817型线性光耦合器，其电流传输比(CTR)范围为80％～160％，能够较好地满足反馈回路的设计要求，而目前国内常用的4N25、4N26属于非线性光耦合器，不宜采用。反馈绕组上产生的电压经D4、C9整流滤波，获得非隔离式+12V输出，为PC817接收管的集电极供电。由于反馈绕组输出电流较小，次级采用D4硅高速开关管1N4148。光耦PC817能将+5V输出与电网隔离，其发射极电流送至TOP222G的控制端，用来调节占空比。
c3为控制端旁路电容，它能对控制回路进行补偿并设定自动重启频率。当C3=47μF时，自动重启频．率为1．2Hz，即每隔0．83s检测一次调节失控故障是否已经被排除，若确认已被排除，就自动重启开关电源恢复正常工作。
R2为PC817中LED的外部限流电阻。实际上除了限流保护作用外，他对控制回路的增益也具有重要影响。当R2改变时，会依次影响到下列参数值：IFICDUo，也就相当于改变了控制回路的电流放大倍数。
下面简要分析一下反馈回路实现稳压的工作原理。当输出电压uo发生波动且变化量为uo时，通过取样电阻R5、R6分压后，就使TL431的输出电压uk也产生相应的变化，进而使PC817中LED的工作电流IF改变，最后通过控制端电流Ic的变化量来调节占空比D，使uo产生相反的变化，从而抵消uo的波动。上述稳压过程可归纳为：
其余各路输出未加反馈，输出电压均由高频变压器的匝数来确定。
变压器设计
变压器的设计是整个电源设计的关键，它的好坏直接影响电源性能。
磁芯及骨架的确定
次级绕组采用堆叠式绕法，这也是变压器生产厂家经常采用的方法，其特点是由5V绕组给12V绕组提供部分匝数，而24V绕组中则包含了5V、12V的绕组和新增加的匝数。堆叠式绕法技术先进，不仅可以节省导线，减小线圈体积，还可以增加绕组之间的互感量，加强耦合程度。以本电源为例，当5V输出满载而12V和24V输出轻载时，由于5V绕组兼作12V、24V绕组的一部分，因此能减小这些绕组的漏感，可以避免因漏感使12V、24V输出电路中的滤波电容被尖峰电压充电到峰值，即产生所谓的峰值充电效应，从而引起输出电压不稳定。这里将5V绕组作为次级的始端。
对于多输出高频变压器，各输出绕组的匝数可以取相同的每伏匝数。每伏匝数n0可以由下式确定：
试验数据
该开关电源的输入特性数据见表1，在u=85～245V的宽范围内变化时，主路输出u01=5V(负载为65Ω)的电压调整率Sv=±0．2％，输出纹波电压最大值约为67mV；辅助输出u02=24V(负载为250Ω)，输出纹波电压最大值约为98mV；辅助输出u03=12V(负载为100Ω)，输出纹波电压最大值约为84mV。
同时，实验测得，主路输出u01的最大输出电流可达700mA，辅助输出u02的最大输出电流可达120mA，辅助输出U03的最大输出电流可达170mA，电源功率可达8．4W，完全满足设计要求。
开关电源电路范文
关键词：彩电；开关电源；电路
中图分类号：G712文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）22-0190-02
在彩色电视机中，开关电源是整机工作的能量供给中心，是彩电核心的电路，对于一个无线电技术人员或维修人员来说，怎样才能尽快看懂开关电源电路图并在维修中加以利用呢？这确实是个是非重要的问题。因为许多的初学者（学生）一接触开关电源，特别是知道开关电源里面有高电压，大电流，维修时就被吓的不知从何下手，甚至根本不敢动手。也有的学生因学习方法不对，走了不少弯路，浪费了不少宝贵时间。确实，要真正看懂开关电源的电路图不是一朝一夕就能办到的，因为开关电源毕竟比传统的串联稳压电源要复杂得多，但读懂彩电开关电源也不是高不可攀的，只要有一定的无线电基础知识，加之有一套合适的学习方法，持之以恒，经过一定时间的努力，是完全可以学懂彩电开关电源的，那么如何掌握开关电源，看懂开关电源的电路图呢？笔者觉得可以从下述几个方面入手来识读开关电源。
一、弄清开关电源的结构，查找出开关电源的组成电路
不管开关电源如何复杂，按照其激励方式可以分为自激式和他激式两种类型，由于自激式开关电源应用广泛，他激式开关电源应用较少，因此本文主要讨论自激式开关电源的识读技巧。一般地，自激式开关稳压电源电路由整流、滤波、消磁和抗干扰电路，开关管和开关变压器，启动电路和正反馈电路，稳压电路、保护电路、遥控/开关机电路组成，所以，分析开关电源时，首先根据开关电源类型定义，弄懂开关电源的结构型式。是串联型还是并联型，是调频式还是调宽式，是他激式还是自激式，然后再从图中一步一步找出上述开关电源组成电路的元件，在识读电路时，可根据下述思路进行。
1.消磁和抗干扰电路是开关电源最前级电路，顺着电源开关和保险管，能很快地查找到。
2.整流和滤波电路：消磁和抗干扰电路后，电路图上排列整齐的四个二极管便是桥式整流的鲜明特征，滤波电容直接接在二极管的输出端，400V的耐压也使学生能顺利找到。
3.找准开关变压器和开关管，开关管一般和开关变压器连在一起，经开关变压器的储能绕组，接到300V电源上（即滤波电容的正极），依据这两点，就能找到开关管。
4.以开关管为核心，寻找启动电路，正反馈电路，稳压电路和保护电路。其依据是：启动电路是为开关管提供基极电压的，通常由三个电阻将300V电源引至开关管的基极；正反馈电路最终要将正反馈信号反馈到开关管的基极，通常是由反馈绕组将反馈电压经振荡电流送至开关管基极；稳压电路要控制输出电压，是通过控制开关管基极电压以控制开关管的导通时间来实现的，保护电路保护动作时，是旁路开关管的基极电压，使开关管截止来实现的。
二、分析振荡原理时，要找准充放电回路
在分析开关电源的振荡原理时，往往有反馈对电容充电和电容放电过程，寻找充放电途径是一个难点，我们可以遵循这种原则。
1.电感对电容充电时，应从电感正端开始，到电感负端为结束，电容放电应从电容正电压处开始到电容负电压处为终点。
2.不管电感对电容充电还是电容放电，其途径应选择阻抗小的电路。
下图为电容充电电路：
电感L1对电容C1充电，其途径是：
电感L1{十}R3C1L1{一}在C1充得上正下负电压。当然L1还有一条途径：由L1{十}R1R2C1R4L1{一}虽然该路径对C1也充电，但电流很小，因此，分析电路但因充电电流小而时常被忽略。
三、稳压分析时，应掌握三极管各极电压变化关系
根据电子技术知识，可以分析得出：
其结论为，射同集反，该结论反映基极电压变化，引起集电极和发射极的电压变化规律。
2.三极管UeUc或UeUc，该结论反映，发射极电压变化，引起的集电极电压变化规律。
四、能正确地分析出开关电源的振荡，稳压保护过程
振荡过程，通过查找出启动电路和正反馈电路，再根据充放电回路的小阻抗路径原则，引导学生分析开关管是如何饱和的，又是怎样截止的；稳压过程，可先假设输出电压是上升或下降的再根据查找出的稳压电路，应用三极管各极电压的变化关系，可很快分析输出电压是如何回到正常值的，保护过程，有过流保护和过压保护，可假设负载有短路或开路，导致电流过大或电压过高，保护电路是如何让开关电源停止工作的。
五、看图应注意的几个问题
上面介绍了识读开关电源的技巧，还要强调读电路图应注意的几个问题。
1.要充分利用图中所给的资料，如元器件的型号，规格（如电容耐压），数据，工作电压，信号波形，测试点，警惕标志等，进一步深入理解电路原理。
2.对主要元器件的作用要清楚，好坏要会判断。看懂电路图的目的无非是两个：一是搞懂工作原理，二是为了对电视机进行维修，只有对电路图中的每个原件的作用清楚，好坏会判断，才能分析出故障的部位并找出损坏的元器件。
3.识读电路原理图时，还要能熟记各种元器件的符号并与实物能相对照。不仅要熟记各种元器件、接插件及连线的符号含义，还要能清楚各元器件的主要性能，特点和用途。只有这样，才能分析电路的原理时，对电路的信号流程和通路能一目了然。
开关电源电路范文
在本地市面上，出现一种小霸王TDX-668B中九专用接收机，经认定很可能是一款山寨机，该机电源是以THX203H集成电路为核心的开关电源，笔者头一次见到这类电源，在此暂不对小霸王TDX-668B是否为山寨机进行讨论，只对该机开关电源电路原理进行分析。
THX203H是专为高性价比AC／DC转换而设计的高性能电流模式PWM控制器，集成电路内部的启动电路被设计成一种独特的电流吸入方式，可利用功率开关管本身的放大作用完成启动，显著地降低了启动电阻的功率消耗，在输出功率较小时将自动降低工作频率，从而实现了极低的待机功耗。THX203H内部还提供了完善的防过载、防饱和功能，可实时防范过载、变压器饱和、输出短路等异常状况，提高了电源的可靠性。图1为THX203H内部电路框图，其引脚功能为：①脚(OB)接功率管基极，启动电流输入，外接启动电阻，②脚(VCC)供电端，③脚(GND)接地端，④脚(CT)振荡电容端，外接定日寸电容，⑤脚(FB)反馈端，⑥脚(IS)开关电流取样与限制设定端，外接电源取样电阻，⑦、⑧脚(OC)输出端，接开关变压器。图2是根据实物绘制的小霸王TDX-668B中九专用接收机开关电源原理图，下面对该电源电路原理作一简要分析。
交流220V市电经电源开关SW、保险管F1送到由D1-D4组成的桥式整流电路整流、EC2滤波后，产生约300V的直流电压，该电压一路经开关变压器T初级绕组①一②加到THX203H⑦、⑧脚(内部功率开关管的集电极)，另一路经启动电阻R2加到THX203H①脚，在THX203H内部由功率管输入启动电流到VCC，当VCC电压上升到8.8时，THX203H内部完成启动过程，进入正常工作阶段。这个初始的启动电压由启动电阻提供，输入的高电压通过启动电阻注入功率管的基极，放大的IC电流在THX203H内部经过限制电路对②脚(VCC)外接电容充电，从而形成启动电压。THX203H正常时VCC电压应保持在4.8-9V之间，若VCC电压下降到4.4V时振荡器将进入关闭状态，VCC电压进一步降低到3.8V时THX203H即开始重新启动。电源正常工作后，开关变压器各次级绕组输出高频脉冲电压，经各自整流滤波后输出3.3V、15V、20V三组电压，为主板各单元电路提供电源。
该机开关电源稳压电路主要由1C1(THX203H)、光电耦合器IC2(PC817B)，精密可调基准三端稳压器IC3(TL431)以及取样电阻R11、R10、R13等组成，次级3.3V组电源作为稳压调节的取样电压。当因某种原因导致输出电压升高时，R11与R10、R13分压处的电压值随之升高，取样电路把这一升高的变化量送到IC3(TL431)的控制端R，控制端R的电压也会随着升高，经其内部电路处理后使TL431的K端电压下降，变化的电压通过IC2(PC817B)反馈到ICI(THX203H)反馈端⑤脚(FB)，在FB电压低于1.8V时，将使振荡器振荡周期加大，开关频率下降，使输出电压降低，达到稳定输出电压的目的。当输出电压降低时，稳压控制与上述过程相反。
小霸王TDX-668B中九专用接收机开关电源的过流、过热、过压和欠压保护均由THX203H内部电路完成。THX203H具有逐周期电流限制功能，每个开关周期均对开关电流进行检测，达到设定电流或防上限电流时即进入关周期。THX203H内部集成了精确的过温度保护功能，当内部温度达到140℃时，热保护电路动作，将时钟信号下拉，使开关频率降低，开关频率随温度的升高而降低，直至振荡器关闭。THX203H内部具有带迟滞的欠电压保护功能，在THX203H正常工作8寸VCC电压应保持在4.8-9V之间，若VCC电压下降到4.4V时，振荡器将进入关闭状态；THX203H内部VCC具有上限电压比较器控制功能，若VCC电压试图大于9.6V时，则比较器动作，反馈电压将被下拉。锁定VCCA9.6V，达到过电压限制作用。在THX203H外部的保护电路主要是由R4、C3、D5组成的消尖峰电路，吸收THX203H内部功率管截止瞬间开关变压器初级绕组产生的尖峰脉冲电压，保护THX203H内部的功率管不被过高的尖峰电压击穿。