开关电源的功能电路|好文分享-KIA MOS管

开关电源的电路组成

开关电(dian)源的主要(yao)电(dian)路是由(you)输入电(dian)磁(ci)干扰滤(lv)波器(qi)（EMI）、整流、滤(lv)波(bo)电路(lu)(lu)(lu)(lu)组成。辅(fu)助电路(lu)(lu)(lu)(lu)有输(shu)入过(guo)欠(qian)压(ya)保护(hu)电路(lu)(lu)(lu)(lu)、输(shu)出过(guo)欠(qian)压(ya)保护(hu)电路(lu)(lu)(lu)(lu)、输(shu)出过(guo)流保护(hu)电路(lu)(lu)(lu)(lu)、输(shu)出短(duan)路(lu)(lu)(lu)(lu)保护(hu)电路(lu)(lu)(lu)(lu)等。

开关电源的(de)组(zu)成模块如图1所示。

图1 开(kai)关电源的组成模块(kuai)

注：PFC即功(gong)(gong)率因数，主要用(yong)来表征(zheng)电子产品对电能(neng)的(de)利(li)用(yong)效率。功(gong)(gong)率因数越高，说明电能(neng)的(de)利(li)用(yong)效率越高。

PFC包(bao)括(kuo)无源(yuan)PFC和有(you)源(yuan)PFC，无源(yuan)PFC采用(yong)电(dian)感(gan)补(bu)偿(chang)方法使交流(liu)输入的基波电(dian)流(liu)与电(dian)压之(zhi)间相位差减小来提高功(gong)率因数；有(you)源(yuan)PFC电(dian)路中往往采用(yong)高集(ji)成度的IC。

输入电路的原理及常见电路

1）AC输入整(zheng)流滤波电路原理

图2 输入滤波(bo)、整(zheng)流回(hui)路原理(li)图

①防(fang)雷电(dian)路：当有(you)雷击，产(chan)生高压经(jing)电(dian)网导入电(dian)源(yuan)时(shi)，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成(cheng)的(de)电(dian)路进行保(bao)护。

当加在(zai)压(ya)(ya)(ya)(ya)敏(min)电(dian)阻两(liang)端的电(dian)压(ya)(ya)(ya)(ya)超(chao)过其工作电(dian)压(ya)(ya)(ya)(ya)时，其阻值降低，使高压(ya)(ya)(ya)(ya)能(neng)量消耗在(zai)压(ya)(ya)(ya)(ya)敏(min)电(dian)阻上(shang)，若电(dian)流过大，F1、F2、F3 会烧毁保(bao)护后(hou)级电(dian)路。

注：MOV为(wei)(wei)压敏电阻，也称为(wei)(wei)突波(bo)吸收(shou)器(qi)是一种具有电压电流对称特性(xing)的(de)电压属性(xing)电阻器(qi)，主要是用来保护(hu)所有的(de)电子产品或元件免受开关或者雷击(ji)诱发所产生(sheng)的(de)突波(bo)影响(xiang)；

F为温度保(bao)险丝；FDG为陶瓷气体(ti)放电(dian)管（也用GDT表示(shi)），是(shi)一种由陶瓷材料制成的特殊结构的气体(ti)放电(dian)设备。

②输入滤(lv)波(bo)电(dian)(dian)路：C1、L1、C2、C3组成的(de)双 [公式(shi)] 型(xing)滤(lv)波(bo)网络主要是对输入电(dian)(dian)源(yuan)的(de)电(dian)(dian)磁(ci)噪声及杂波(bo)信号进(jin)行抑制，防止(zhi)对电(dian)(dian)源(yuan)干(gan)扰(rao)(rao)，同时也(ye)防止(zhi)电(dian)(dian)源(yuan)本身(shen)产生的(de)高频杂波(bo)对电(dian)(dian)网干(gan)扰(rao)(rao)。

当电源(yuan)开启瞬(shun)间，要(yao)对C5充(chong)电，由于瞬(shun)间电流大，加RT1（热敏电阻(zu)）就能有效的(de)防(fang)止浪(lang)涌电流。

因瞬时能(neng)量全消耗在RT1电阻(zu)上(shang)，一定时间后(hou)温度升高(gao)后(hou)RT1阻(zu)值减小（RT1是负温系数元件），这(zhei)时消耗的能(neng)量非(fei)常(chang)小，后(hou)级电路可(ke)正常(chang)工作。

③整(zheng)流(liu)(liu)滤波电路：交流(liu)(liu)电压(ya)经(jing)BRG1整(zheng)流(liu)(liu)后，经(jing)C5滤波后得到(dao)较为纯净的直流(liu)(liu)电压(ya)。若C5容量变小，输(shu)出的交流(liu)(liu)纹波将增大。

2）DC输入滤波电路原理

图3 DC输入滤波电路原理(li)

①输(shu)入滤波(bo)电(dian)路：C1、L1、C2组成的(de)双 [公(gong)式] 型滤波(bo)网(wang)络主要是(shi)对输(shu)入电(dian)源的(de)电(dian)磁噪声及杂(za)波(bo)信号进行抑制，防(fang)(fang)止对电(dian)源干扰，同时也(ye)防(fang)(fang)止电(dian)源本(ben)身产(chan)生的(de)高频杂(za)波(bo)对电(dian)网(wang)干扰。

C3、C4 为(wei)(wei)安规电容(rong)（指电容(rong)器失效后，不会(hui)导致(zhi)电击，不会(hui)危及人身安全的(de)(de)安全电容(rong)器，通常用(yong)于抗干扰(rao)电路中(zhong)的(de)(de)滤(lv)波作用(yong)），L2、L3为(wei)(wei)差(cha)模(mo)电感（一种对差(cha)模(mo)高频干扰(rao)的(de)(de)感抗大(da)的(de)(de)电感）。

② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组(zu)成抗浪涌电(dian)路。在起机的瞬间，由于 C6的存在Q2不导通(tong)(tong)，电(dian)流经RT1构成回路。当C6上(shang)的电(dian)压充至Z1的稳压值时Q2导通(tong)(tong)。

如(ru)果(guo)C8漏电或后(hou)(hou)级(ji)电路短路现象，在起机的瞬间(jian)电流在RT1上产生的压(ya)降增大，Q1导(dao)通(tong)使 Q2没有栅极(ji)电压(ya)不导(dao)通(tong)，RT1将会在很短的时间(jian)烧(shao)毁(hui)，以(yi)保护后(hou)(hou)级(ji)电路。

功率变换电路

常见电路

图(tu)4 典型原理(li)图(tu)

3）工(gong)作(zuo)原(yuan)理

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和(he)开关MOS管并接，使开关管电压应(ying)力(li)减(jian)少(shao)，EMI减(jian)少(shao)，不发(fa)生二次击穿。

在开关管(guan)Q1关断时，变压(ya)器的(de)原边线圈易(yi)产生尖(jian)峰(feng)电(dian)(dian)压(ya)和(he)尖(jian)峰(feng)电(dian)(dian)流，这(zhei)些元件组合一(yi)起(qi)，能很好地吸收尖(jian)峰(feng)电(dian)(dian)压(ya)和(he)电(dian)(dian)流。从(cong)R3测(ce)得的(de)电(dian)(dian)流峰(feng)值信号参与(yu)当前(qian)(qian)工作周(zhou)波(bo)的(de)占(zhan)空比控制，因此是当前(qian)(qian)工作周(zhou)波(bo)的(de)电(dian)(dian)流限制。

当(dang)R5上的电(dian)压达到1V时，UC3842（一种高性能固定频率电(dian)流型控制器(qi)(qi),包含误(wu)差放大器(qi)(qi)、PWM比(bi)较器(qi)(qi)、PWM锁存器(qi)(qi)、振荡器(qi)(qi)、内部基(ji)准电(dian)源和欠压锁定等单(dan)元）停止工作，开(kai)关管Q1立(li)即关断。

 R1和Q1中(zhong)的(de)结电容CGS、CGD一起组成(cheng)RC网络，电容的(de)充(chong)放电直(zhi)接影响着开(kai)关(guan)(guan)管的(de)开(kai)关(guan)(guan)速度(du)(du)。R1过(guo)小，易引起振荡(dang)，电磁干扰也会很大(da)；R1过(guo)大(da)，会降低开(kai)关(guan)(guan)管的(de)开(kai)关(guan)(guan)速度(du)(du)。Z1通常将MOS管的(de)GS电压限制(zhi)在18V以(yi)下，从而保护了MOS管。

Q1的(de)栅(zha)极受控电(dian)压(ya)为锯形波，当(dang)其(qi)占(zhan)空比越(yue)(yue)大(da)时(shi)，Q1导通时(shi)间越(yue)(yue)长(zhang)，变(bian)压(ya)器所储(chu)存(cun)的(de)能量也(ye)就越(yue)(yue)多；当(dang)Q1截止时(shi)，变(bian)压(ya)器通过D1、D2、R5、R4、C3释放(fang)能量，同时(shi)也(ye)达到了(le)(le)磁场复(fu)位的(de)目的(de)，为变(bian)压(ya)器的(de)下一次存(cun)储(chu)、传递能量做好(hao)了(le)(le)准备。

IC根据输出电(dian)压(ya)和电(dian)流时刻调整着(zhe)6脚锯形波占空比的(de)大小，从而稳(wen)定了(le)整机的(de)输出电(dian)流和电(dian)压(ya)。 C4和R6为尖峰电(dian)压(ya)吸收回路。

输出整流滤波电路

1、正激式整流电路

图5 整流电路

T1为开(kai)关变压器，其初极(ji)和(he)次极(ji)的相位(wei)同相。D1为整流(liu)(liu)二极(ji)管(guan)，D2为续流(liu)(liu)二极(ji)管(guan)，R1、C1、R2、C2为削尖峰电路(lu)。L1为续流(liu)(liu)电感(gan)，C4、L2、C5组成π型滤波器。

其中， π型滤波器是一种二级滤波器，作用是去(qu)除不需要的(de)谐波，在直流(liu)电源中的(de)减小电流(liu)的(de)脉动(dong)，使电流(liu)更加平滑。

图5为正激式(shi)整(zheng)流电路(lu)，反激式(shi)整(zheng)流电路(lu)的不(bu)同在于(yu)取消了续(xu)流二极管，削尖电路(lu)使用(yong)假(jia)负载(zai)代替。

（假(jia)负(fu)(fu)载(zai)(zai)(zai)(zai)：一般接(jie)在输出电(dian)路(lu)两端，能(neng)(neng)(neng)够承(cheng)受一定的(de)功(gong)率同时又(you)能(neng)(neng)(neng)满(man)足电(dian)路(lu)设计要求的(de)负(fu)(fu)载(zai)(zai)(zai)(zai)，不(bu)能(neng)(neng)(neng)太(tai)大也(ye)不(bu)能(neng)(neng)(neng)太(tai)小(xiao)，要不(bu)然会增加(jia)额外的(de)功(gong)耗，在空(kong)载(zai)(zai)(zai)(zai)时由(you)于输出电(dian)压不(bu)稳(wen)定，接(jie)入假(jia)负(fu)(fu)载(zai)(zai)(zai)(zai)能(neng)(neng)(neng)够使电(dian)源稳(wen)定，这个假(jia)负(fu)(fu)载(zai)(zai)(zai)(zai)除了有(you)负(fu)(fu)载(zai)(zai)(zai)(zai)作用同时还(hai)兼有(you)泄放电(dian)阻(zu)的(de)作用，在断(duan)电(dian)时候把残(can)留的(de)电(dian)放掉(diao)）

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