開關電源工作原理

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開關電源工作原理

把交流通過二極管整流.電容濾波變成直流，再通過1620KHz左右高頻振蕩發(fā)生器 . 開關管和 高頻開關變壓器的作用,把直流轉換成所需要的振幅高頻脈沖電壓。最后再通過高頻二極把這高頻脈沖電壓整流.電容濾波輸出所需要的直流電壓。輸出的穩(wěn)壓是靠在輸出端取出取樣電壓去調整振蕩器的頻率和脈沖占空比。從而實現自動調整高頻脈沖電壓占空比最終達到輸出直流電壓的穩(wěn)定.調整輸出直流電壓原理也一樣,用人為的方法去改變振蕩頻率和脈沖占空耒實現改變輸出直流電壓目的。簡單說開關電源的基本原理就是：交流變直流再變脈沖電壓又再變直流的一個過程。它具有穩(wěn)壓精度高，省耗小等特點。

一、開關電源的工作原理

開關電源的電壓轉換，是由開關晶體管、脈沖變壓器等組成的脈沖振蕩器，產生脈沖電，將300V的直流電經脈沖變壓器的次級變換成所需要的電壓。電原理如圖2所示。

開關電源工作原理

1、脈沖振蕩器的工作原理
1）脈沖振蕩器的啟動
電源經R10、R10A、R15給Q3（三極管）的b極（基極）、e極（發(fā)射極）提供正向偏置電壓，強迫Q3進入導通狀態(tài)。
2）脈沖振蕩器的振蕩過程
當Q3進入導通狀態(tài)后，+Vc就會經脈沖變壓器的初級線圈、Q3的c極、e極、R15到電源的－Vc，此時脈沖變壓器的次級線圈就會產感應電勢，次級線圈的一端接在－Vc，另一端經R12、C8接到Q3的b極，且感應電勢的極性與初級線圈的自感電勢是同極性的（圖中初次極線圈的上端均為同名端），便得Q3的b極得到更大的基極電流，加速Q3的導通直至Q3進入飽和狀態(tài)。電路如圖3所示。
當Q3飽和后，Ic不再變化，波形如圖4中t0到t3。經過t3到t4的飽和過程后，自感電勢、感應電勢的極性會隨其反轉，即上負下正。次極線圈中這個反轉后的電勢，正極經R15加在Q1的e極，負極經R12、C8加在Q3的b極，使得Q3處于反向偏置，促使Q3快速地從飽和狀態(tài)過度到截止狀態(tài)，圖中t4到t6。Q3截止后，通過D8、R17、C7組成的吸收電路很快地將初極線圈中所產生的反向電勢以及反向電流吸收掉，圖中t6到t7。完成了一個振蕩周期。之后振蕩電路就會周而復始重復上述過程。
脈沖振蕩器的頻率由C8和所接的次極線圈的電感量所決定。

開關電源電路圖

2、輸出電壓的調節(jié)
電路如圖2 。IC1是一個精密基準穩(wěn)壓電源，當被檢測到輸出+5V電壓偏高（或偏低）時，通過光偶合器P421中的發(fā)光管照度加強（或減弱），光敏管內阻下降（或上升）而電流增大，引起Q4的c極電流增強（或減弱），從而多分流（或少分流）掉Q3b極中一部分電流，使Q3延后（或提前）導通。使得圖4中t1到t3延后（或提前），從而引起波形在t2到t5之間的時間變短（或變長），最終使脈沖的寬度發(fā)生寬窄的變化，進而引起輸出電壓下降（或上升），以保證輸出電壓的穩(wěn)定。

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3、開關電源的輸出
開關電源的一級電壓輸出有兩路：一路經D9半波整流及C29的濾波，得到一個輸出為15V的電壓輸出。另一路經D10的半波整流及C11、C12、L1、R88的濾波、Z06的穩(wěn)壓后，得到一個輸出為5V的穩(wěn)定電壓輸出。

二、開關電源工作原理—原理
開關電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的(在導通時，電壓低，電流大;關斷時，電壓高，電流小)/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。
與線性電源相比，PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。

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解釋上圖：市電(交流電)入口進去的第一部分稱為一級EMI，主要負責內部電路與外部電源之間的過渡，在一級EMI旁邊還有二級EMI，這些一二級EMI主要起到電路保護作用，比如當外部電源有波動的時候，一二級EMI會減少內部沖突，從而保護電源內部的硬件不容易受到損壞，另外當電源內部硬件出現不穩(wěn)定，一二級EMI可以抑制內部波動沖擊外部電路，以免影響其他電器的正常使用，簡單來說一二級EMI相當于一層濾網，防止雙向沖擊，對于一款合格的開關電源來說，一二級EMI都是必要的，當對于山寨低價電源來說，往往為了節(jié)省成本，省去了一二級EMI，盡管不影響電源功能，但對于電源的穩(wěn)定性以及干擾外部電源還是有影響的。
一二級EMI電路過后，就到了整流部分了，這里主要有一個由四個整流二極管組建的整流橋堆，其功能是實現，將交流電轉變成為直流電。其之后就是高壓濾波電路了，這里會看到有一個或者兩個大電容，以電感線圈等，主要負責進來的交流電進行濾波，由于外部交流電頻率可能波動較大，通過電容與線圈進行濾波，可以得到比較平滑的直主流電。
再往下就是中間部分了，在電源的中間是變壓器部分。由于開關電源有多路輸出，包括3.3V、5V、12V等等，因此需要變壓器，將前面的直流電分成幾組輸出電壓。在變壓器之后的下面，就是電源輸出部分了。

三、穩(wěn)壓環(huán)路原理：
1、反饋電路原理圖：
2、工作原理：
當輸出U0升高，經取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1③腳電壓升高，當其超過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出高電平，使Q1導通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通，UC3842①腳電位相應變低，從而改變U1⑥腳輸出占空比減小，U0降低。
當輸出U0降低時，U1③腳電壓降低，當其低過U1②腳基準電壓后U1①腳輸出低電平，Q1不導通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導通，UC3842①腳電位升高，從而改變U1⑥腳輸出占空比增大，U0降低。周而復始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調節(jié)VR1可改變輸出電壓值。

反饋環(huán)路是影響開關電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會產生自激振蕩，故障現象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。

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| 發(fā)布時間：2017.09.02 來源：開關電源廠家

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