开关电源单元电路Word下载.docx

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2、常见的原理图：

3、工作原理：

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。

在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。

从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。

当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。

R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。

R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；

R1过大，会降低开关管的开关速度。

Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。

Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；

当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。

IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。

C4和R6为尖峰电压吸收回路。

4、推挽式功率变换电路：

Q1和Q2将轮流导通。

5、有驱动变压器的功率变换电路：

T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。

四、输出整流滤波电路：

1、正激式整流电路：

T1为开关变压器，其初极和次极的相位同相。

D1为整流二极管，D2为续流二极管，R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。

L1为续流电感，C4、L2、C5组成π型滤波器。

2、反激式整流电路：

T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。

D1为整流二极管，R1、C1为削尖峰电路。

L1为续流电感，R2为假负载，C4、L2、C5组成π型滤波器。

3、同步整流电路：

工作原理：

当变压器次级上端为正时，电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通，电路构成回路，Q2为整流管。

Q1栅极由于处于反偏而截止。

当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2使Q1导通，Q1为续流管。

Q2栅极由于处于反偏而截止。

L2为续流电感，C6、L1、C7组成π型滤波器。

R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。

五、稳压环路原理

1、反馈电路原理图：

2、工作原理：

当输出U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1③脚电压升高，当其超过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平，使Q1导通，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变U1⑥脚输出占空比减小，U0降低。

当输出U0降低时，U1③脚电压降低，当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平，Q1不导通，光耦OT1发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842①脚电位升高，从而改变U1⑥脚输出占空比增大，U0降低。

周而复始，从而使输出电压保持稳定。

调节VR1可改变输出电压值。

反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。

如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：

波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。

六、短路保护电路

1、在输出端短路的情况下，PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内，它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分电路。

2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。

UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。

当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。

3、下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路消失后电路正常工作。

R2、C1是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。

4、下图是常见的限流、短路保护电路。

其工作原理简述如下：

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。

5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原理简述如下：

输出电路短路或电流过大，TR1次级线圈感应的电压就越高，当UC3842③脚超过1伏，UC3842停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。

七、输出端限流保护

上图是常见的输出端限流保护电路，其工作原理简述如上图：

当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电压，Q1导通，光耦发生光电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压降低，从而达到输出过载限流的目的。

八、输出过压保护电路的原理

输出过压保护电路的作用是：

当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范围内。

当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。

应用最为普遍的过压保护电路有如下几种：

1、可控硅触发保护电路：

如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。

Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。

当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。

2、光电耦合保护电路：

如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。

Q1基极得电导通，3842的③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复始，。

3、输出限压保护电路：

输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基极有驱动电压而道通，UC3842③电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842③电压降低，输出电压升高。

周而复始，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管的稳压值）。

4、输出过压锁死电路：

图A的工作原理是，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极得电导通，由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通，UC3842③脚始终是高电平而停止工作。

在图B中，UO升高U1③脚电压升高，①脚输出高电平，由于D1、R1的存在，U1①脚始终输出高电平Q1始终导通，UC3842①脚始终是低电平而停止工作。

正反馈？

九、功率因数校正电路（PFC）

1、原理示意图：

输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。

L4是PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。

D1是启动二极管。

D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。

PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。

十、输入过欠压保护

1、原理图：

2、工作原理：

AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。

保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。

取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。

另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。

开关电源常见指标的定义

一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。

1.绝对稳压系数。

A．绝对稳压系数：

表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△Ui之比。

既：

K=△U0/△Ui。

B．相对稳压系数：

表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo与输出电网Ui的相对变化量△Ui之比。

即：

S=△Uo/Uo/△Ui/Ui

2.电网调整率。

它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

3.电压稳定度。

负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度。

二．负载对输出电压影响的几种指标形式。

1.负载调整率（也称电流调整率）。

在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。

2.输出电阻（也称等效内阻或内阻）。

在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为

Ro=|△Uo/△IL|欧。

三．纹波电压的几个指标形式。

1.最大纹波电压。

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

2.纹波系数Y（%）。

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既

y=Umrs/Uox100%

3.纹波电压抑制比。

在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：

纹波电压抑制比=Ui~/Uo~。

这里声明一下：

噪声不同于纹波。

纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；

噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的1%左右。

纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的2%以下。

四．冲击电流。

冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。

一般是20A——30A。

五．过流保护。

是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。

过流的给定值一般是额定电流的110%——130%。

六．过压保护。

是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。

一般规定为输出电压的130%——150%。

七．输出欠压保护。

当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号，多为输出电压的80%——30%左右。

八．过热保护。

在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的工作并发出报警信号。

九．温度漂移和温度系数。

温度漂移：

环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起稳压器输出电压变化。

常用温度系数表示温度漂移的大小。

绝对温度系数：

温度变化1摄氏度引起输出电压值的变化△UoT，单位是V/℃或毫伏每摄氏度。

相对温度系数：

温度变化1摄氏度引起输出电压相对变化△UoT/Uo，单位是V/℃。

十．漂移。

稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，元件参数的稳定性也会造成输出电压的变化，慢变化叫漂移，快变化叫噪声，介于两者之间叫起伏。

表示漂移的方法有两种：

1. 

在指定的时间内输出电压值的变化△Uot。

2. 

在指定时间内输出电压的相对变化△Uot/Uo。

考察漂移的时间可以定为1分钟、10分钟、1小时、8小时或更长。

只在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂两项指标。

十一．响应时间。

是指负载电流突然变化时，稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳定值的一段调整时间。

在直流稳压器中，则是用在矩形波负载电流时的输出电压波形来表示这个特性，称为过度特性。

十二．失真。

这是交流稳压器特有的。

是指输出波形不是正波形，产生波形畸变，称为畸变。

十三．噪声。

按30HZ——18kHZ的可听频率规定，这对开关电源的转换频率不成问题，但对带风扇的电源要根据需要加以规定。

十四．输入噪声。

为使开关电源工作保持正常状态，要根据额定输入条件，按由允许输入外并叠加于工业用频率的脉冲状电压（0——peak）制定输入噪声指标。

一般外加脉冲宽度为100——800us，外加电压1000V。

十五．浪涌。

这是在输入电压，以1分钟以上的间隔按规定次数加一种浪涌电压，以避免发生绝缘破坏、闪络、电弧等异常现象。

通信设备等规定的数值为数千伏，一般为1200V。

十六．静电噪声。

指在额定输入条件下，外加到电源框体的任意部分时，全输出电路能保持正常工作状态的一种重复脉冲状的静电。

一般保证5——10KV以内。

十七．稳定度。

允许使用条件下，输出电压最大相对变化△Uo/Uo。

十八．电气安全要求（GB4943-90）。

1．电源结构的安全要求。

1）空间要求。

UL、CSA、VDE安全规范强调了在带电部分之间和带电部分与非带电金属部分之间的表面、空间的距离要求。

UL、CSA要求：

极间电压大于等于250VAC的高压导体之间，以及高压导体与非带电金属部分之间（这里不包括导线间），无论在表面间还是在空间，均应有0.1英寸的距离；

VDE要求交流线之间有3mm的徐变或2mm的净空隙；

IEC要求：

交流线间有3mm的净空间隙及在交流线与接地导体间的4mm的净空间隙。

另外，VDE、IEC要求在电源的输出和输入之间，至少有8mm的空间间距。

2）电介质实验测试方法（打高压：

输入与输出、输入和地、输入AC两级之间）。

3）漏电流测量。

漏电流是流经输入侧地线的电流，在开关电源中主要是通过静噪滤波器的旁路电容器泄露电流。

UL、CSA均要求暴露的不带电的金属部分均应与大地相接，漏电流测量是通过将这些部分与大地之间接一个1.5K欧的电阻，其漏电流应该不大于5毫安。

VDE允许：

用1.5K欧的电阻与150nP电容并接。

并施加1.06倍额定使用电压，对数据处理设备，漏电流应不大于3.5毫安。

一般是1毫安左右。

4）绝缘电阻测试。

VDE要求：

输入和低电压输出电路之间应有7M欧的电阻，在可接触到的金属部分和输入之间，应有2M欧的电阻或加500V直流电压持续1分钟。

5）印制电路板要求。

要求是UL认证的94V-2材料或比此更好的材料。

2．对电源变压器结构的安全要求。

1）变压器的绝缘。

变压器的绕组使用的铜线应为漆包线，其他金属部分应涂有瓷、漆等绝缘物质。

2）变压器的介电强度。

在实验中不应出现绝缘层破裂和飞弧现象。

3）变压器的绝缘电阻。

变压器绕组间的绝缘电阻至少为10M欧，在绕组与磁心、骨架、屏蔽层间施加500伏直流电压，持续1分钟，不应出现击穿、飞弧现象。

4）变压器湿度电阻。

变压器必须在放置于潮湿的环境之后，立即进行绝缘电阻和介电强度实验，并满足要求。

潮湿环境一般是：

相对湿度为92%（公差为2%），温度稳定在20到30摄氏度之间，误差允许1%，需在内放置至少48小时之后，立即进行上述实验。

此时变压器的本身温度不应该较进入潮湿环境之前测试高出4摄氏度。

5）VDE关于变压器温度特性的要求。

6）UL、CSA关于变压器温度特性的要求。

注：

IEC——InternationalElectrotechnicalCommission

VDE——VerbandesDeutcherElectrotechnicer

UL——Underwriters’Laboratories

CSA——CanadianStandardsAssociation

FCC——FederalCommunicationsCommission

十九．无线电骚扰（按照GB9254-1998测试）。

1．电源端子骚扰电压限值。

2．辐射骚扰限值。

二十．环境实验。

环境试验是将产品或材料暴露到自然或人工环境中，从而对它们在实际上可能遇到的贮存、运输和使用条件下的性能作出评价。

⑴低温

⑵高温

⑶恒定湿热

⑷交变湿热

⑸冲撞（冲击和碰撞）

⑹振动

⑺恒加速

⑻贮存

⑼长霉

⑽腐蚀大气（例如盐雾）

⑾砂尘

⑿空气压力（高压或低压）

⒀温度变化

⒁可燃性

⒂密封

⒃水

⒄辐射（太阳或核）

⒅锡焊

⒆接端强度

⒇噪声：

微打65DB

二十一．电磁兼容性试验（electromagneticcompatiblityEMC）。

电磁兼容性试验电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价.一种是以波长长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHZ以下.这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很少，由此可掌握发生于电源线上的电压，进而可充分评估干扰的大小，这种噪声叫做传导噪声。

当频率达到30MHZ以上，波长也会随之变短。

这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价，就与实际干扰不符。

因此，采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法，该噪声就叫做辐射噪声。

测定辐射噪声的方法有上述按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。

电磁兼容性试验包括以下试验：

①磁场敏感度：

（抗扰性）设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下的不希望有的响应程度。

敏感度电平越小，敏感性越高，抗扰性越差。

固定频率、峰峰值的磁场

②静电放电敏感度：

具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。

300PF电容充电到-15000V，通过500欧电阻放电。

可超差，但放完后要正常。

数据传递、储存，不能丢

③电源瞬态敏感度：

包括尖峰信号敏感度（0.5us10us2倍）、电压瞬态敏感度（10%-30%，30S恢复）、频率瞬态敏感度（5%-10%，30S恢复）。

④辐射敏感度：

对造成设备降级的辐射干扰场的度量。

（14K-1GHZ，电场强度为1V/M）

⑤传导敏感度：

当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时，对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。

（30HZ-50KHZ3V，50K-400M1V）

⑥非工作状态磁场干扰：

包装箱4.6m磁通密度小于0.525uT,0.9m0.525Ut。

⑦工作状态磁场干扰：

上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。

⑧传导干扰：

沿着导体传播的干扰。

10KHz-30MHz60（48）dBuV。

⑨辐射干扰：

通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。

10KHz-1000MHz30屏蔽室60（54）uV/m。

开关电源电磁干扰滤波器设计与使用

开关电源由于功耗小效率高，体积小，重量轻，稳压范围广，电路形式灵活等特点，广泛地应用于计算机、通信等各类电子设备。

但是随着开关电源的小型化，开关就要高频化，这种高频化，其基波本身也就构成了一个干扰源，发出一种更强的传导干扰波，此外通过改进元器件达到高频化的同时，也会因辐射干扰波而导致一种超标准值的杂散的信号。

这些信号构成了电磁干扰（EMI），被干扰对象是无线电通信。

为使无线电波不受电磁干扰的影响，就要采取措施限定这种电磁干扰，使之符合有关电磁兼容（EMC）标准或规范，这已经成为电子产品设计者越来越关注的问题。

开关电源电磁干扰（EMI）的特点

开关电源功率变换器中的功率半导体器件的开关频率通常较高，功率开关器件在高频下的通、断过程中不可避免地要产生强大的电磁干扰。

与数字电路相比，开关电源EMI呈现出鲜明的特点：

a.开关电源EMI干扰源的位置比较清楚，主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上。

b.作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，其产生的EMI噪声信号既具有很宽的频率范围，又有一定的强度。

c.印制电路板布线不当也是引起电磁干扰的主要原因。

这些干扰经传导和辐射对其他电子设备造成干扰。

任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。

在一般情况下，差模干扰幅度小，频率低，所造成的干扰较小；

共模干扰幅度大，频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

因此，欲削弱传导干扰