1、開關(guān)電源基本知識(shí)培訓(xùn)講議二.輸入電路的原理及常見電路 1.AC輸入整流濾波電路大功率開關(guān)電源防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由MOV1、MOV2、MOV3；F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時(shí)，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，假設(shè)電流過大，F(xiàn)1、F2、F3 會(huì)燒毀保護(hù)后級(jí)電路。大功率開關(guān)電源輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)大功率開關(guān)電源開啟瞬間，要對(duì) C5充電，由于瞬間電流大，加RT1熱敏電阻

2、就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在RT1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后RT1阻值減小RT1 是負(fù)溫系數(shù)元件，這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)電路可正常工作。整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純潔的直流電壓。假設(shè)C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。2.DC 輸入濾波電路(PFC)原理： 輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入大功率開關(guān)電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止大功率開關(guān)電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。C3、C4 為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。 R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT

3、1、C7組成抗浪涌電路。在系統(tǒng)起動(dòng)的瞬間，由于 C6的存在Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當(dāng)C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時(shí)Q2導(dǎo)通。如果C8漏電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象，在系統(tǒng)起動(dòng)的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導(dǎo)通使 Q2沒有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1將會(huì)在很短的時(shí)間燒毀，以保護(hù)后級(jí)電路。三、功率變換電路1.大功率開關(guān)電源工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關(guān)MOS管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，變 壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測(cè)得的電流峰值信號(hào)參與當(dāng)前

4、工作周波的占空比控制，因此 是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)R5上的電壓到達(dá)1V時(shí)，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷 。 R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會(huì)很大；R1過大，會(huì)降低開關(guān)管的開關(guān)速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護(hù)了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當(dāng)其占空比越大時(shí)，Q1導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，變壓器所儲(chǔ)存的能量也就越多；當(dāng)Q1截止時(shí)，變壓器通過D1、D2、C3 釋放能量，同時(shí)也到達(dá)了磁場(chǎng)復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲(chǔ)、傳遞能量做好了準(zhǔn)備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時(shí)刻

5、調(diào)整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機(jī)的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。 2.推挽式功率變換電路： Q1和Q2將輪流導(dǎo)通。3.有驅(qū)動(dòng)變壓器的功率變換電路： T2為驅(qū)動(dòng)變壓器，T1為開關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)。 四、 輸出整流濾波電路：1、 大功率開關(guān)電源正激式整流電路：T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續(xù)流二極管，R1、C1、R2、C2 為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，C4、L2、C5組成型濾波器。2. 大功率開關(guān)電源反激式整流電路：T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位相反。D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續(xù)流電 感，R2為假負(fù)

6、載，C4、L2、C5組成型濾波器。 3、大功率開關(guān)電 源同步整流電路：工作原理：當(dāng)變壓器次級(jí)上端為正時(shí)，電流經(jīng) C2、R5、R6、R7使Q2導(dǎo)通，電路構(gòu)成回路，Q2 為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當(dāng)變壓器次級(jí)下端為正時(shí)，電流經(jīng)C3、R4、R2使 Q1導(dǎo)通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6、L1、C7組成 型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。 第二局部第二局部 例例4-16V,40A4-16V,40A輸出大功率開關(guān)電源電路設(shè)輸出大功率開關(guān)電源電路設(shè) 計(jì)計(jì) 摘要：介紹一種采用半橋電路的開摘要：介紹一種采用半橋電路的開 關(guān)電源，其輸入電壓為交流關(guān)電源，

7、其輸入電壓為交流220V220V2020，輸出電壓為直流，輸出電壓為直流4 416V16V，最大電流最大電流40A40A，工作頻率，工作頻率50kHz50kHz。重點(diǎn)介紹了該電源的設(shè)計(jì)思想，工作原理及特。重點(diǎn)介紹了該電源的設(shè)計(jì)思想，工作原理及特 點(diǎn)。點(diǎn)。引言：引言： 在科研、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)常用到電壓在在科研、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)常用到電壓在5 515V15V，電流在，電流在5 540A40A的電源。而一般實(shí)驗(yàn)的電源。而一般實(shí)驗(yàn)用電源最大電流只有用電源最大電流只有5A5A、10A10A。為此專門開發(fā)了。為此專門開發(fā)了 電壓電壓4V4V16V16V連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大連續(xù)可調(diào)，輸出

8、電流最大40A40A的開關(guān)電的開關(guān)電源。它采用了半橋電路，所選用開關(guān)器件為功率源。它采用了半橋電路，所選用開關(guān)器件為功率MOSMOS管，開關(guān)工作頻率為管，開關(guān)工作頻率為50kHz50kHz，具有重量輕、體積，具有重量輕、體積小、本錢低等特點(diǎn)。小、本錢低等特點(diǎn)。2 2、主要技術(shù)指標(biāo)、主要技術(shù)指標(biāo)1 1交流輸入電壓交流輸入電壓AC220VAC220V2020；2 2直流輸出電壓直流輸出電壓4 416V16V可調(diào)；可調(diào)；3 3輸出電流輸出電流0 040A40A；4 4輸出電壓調(diào)整率輸出電壓調(diào)整率11；5 5紋波電壓紋波電壓UpUpp50mVp50mV；6 6顯示與報(bào)警具有電流顯示與報(bào)警具有電流/ /

9、電壓顯示功能及故障告警指示。電壓顯示功能及故障告警指示。3、根本工作原理及原理框圖、根本工作原理及原理框圖該電源的原理框圖如下圖。此開關(guān)電源已成功地作為實(shí)驗(yàn)室電源、通信基站電源該電源的原理框圖如下圖。此開關(guān)電源已成功地作為實(shí)驗(yàn)室電源、通信基站電源使用。其效率使用。其效率85，紋波優(yōu)于，紋波優(yōu)于30mVP-P，產(chǎn)品可靠性高、本錢低，具有一定的市場(chǎng)，產(chǎn)品可靠性高、本錢低，具有一定的市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力。競(jìng)爭(zhēng)力。220V交流電壓經(jīng)過交流電壓經(jīng)過EMI濾涉及整流濾波后，得到約濾涉及整流濾波后，得到約300V的直流電壓加到半橋變換器上，的直流電壓加到半橋變換器上，用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)功率用脈寬

10、調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)功率MOS 管，通過功率變壓器的耦合和隔離作管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓，經(jīng)整流濾波反響控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。用在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓，經(jīng)整流濾波反響控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。 4、各主要功能描述4.1、交流EMI濾涉及整流濾波電路交流EMI濾涉及整流濾波電路如下圖。電子設(shè)備的電源線是電磁干擾EMI出入電子設(shè)備的一個(gè)重要途徑，在設(shè)備電源線入口處安裝電網(wǎng)濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑，本電 源濾波器由帶有IEC插頭電網(wǎng)濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網(wǎng)濾波器主要是阻止來自電網(wǎng)的干擾進(jìn)入電源機(jī)箱。PCB電源

11、濾波器主要是抑制功 率開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲。 交流輸入220V時(shí)，整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時(shí)，那么適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高，電容器容量大，因此在接通電網(wǎng)瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌沖擊電流，一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)十倍。這可能造成整流橋和輸入保險(xiǎn)絲的損壞，也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件，造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前參加由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動(dòng)電路。4.2 、半橋式功率變換器、半橋式功率變換器該電源采用半橋式變換電路，如下圖，其工作頻率該電源采用半橋式變換電路，如下圖，其工作頻率50kHz，在初級(jí)一側(cè)的主要，在初級(jí)一側(cè)

12、的主要局部是局部是Q4和和Q5功率管及功率管及C34和和C35電容器。電容器。Q4和和Q5交替導(dǎo)通、截止，在高頻變交替導(dǎo)通、截止，在高頻變壓器初級(jí)繞組壓器初級(jí)繞組N1兩端產(chǎn)生一幅值為兩端產(chǎn)生一幅值為U1/2的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳遞到輸出端，遞到輸出端，Q4和和Q5采用采用IRFP460功率功率 MOS管。管。4.3、功率變壓器的設(shè)計(jì)1工作頻率的設(shè)定工作頻率對(duì)電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高，輸出濾波電感和電容體積減小，但開關(guān)損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大。因此根據(jù)元器件及性價(jià)比等因素，將電源工作頻率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本例為fs=5

13、0kHz。T=1/fs=1/50kHz=20s2磁芯選用選取磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度BmR2KB軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs=0.47T，考慮到高溫時(shí)Bs會(huì)下降，同時(shí)為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，選定 Bm=1/3Bs=0.15T。計(jì)算并確定磁芯型號(hào)磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數(shù)關(guān)系。計(jì)算略3)計(jì)算原副邊繞組匝數(shù)按輸入電壓最低及輸出滿載的情況此時(shí)占空比最大來計(jì)算原副邊繞組匝數(shù)。計(jì)算略4選定導(dǎo)線線徑在選用繞組的導(dǎo)線線徑時(shí)，要考慮導(dǎo)線的集膚效應(yīng)，

14、一般要求導(dǎo)線線徑小于兩倍穿透深度，而穿透深度由式 決定.式中：為角頻率，=2fs；為導(dǎo)線的磁導(dǎo)率，對(duì)于銅線相對(duì)磁導(dǎo)率r=1，那么=0r=4107H/m；為銅的電導(dǎo)率，=58106m；穿透深度的單位為m。變壓器工作頻率50kHz，在此頻率下銅導(dǎo)線的穿透深度為=0.2956mm，因此繞組線徑必須是直徑小于0.59mm的銅線。另外考慮到銅線電流密度一般取36A/mm2，故這里選用0.56mm的漆包線。4.4、輔助電源的設(shè)計(jì)、輔助電源的設(shè)計(jì)輔助電源采用輔助電源采用RCC變換器變換器RingingChokeConverter。其輸入電壓。其輸入電壓為交流為交流220V整流濾波電壓，輸出直流電壓為整流濾波

15、電壓，輸出直流電壓為 12.5V，輸出直流電流為，輸出直流電流為0.5A。4.5、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路如下圖。驅(qū)動(dòng)電路如下圖。TL494輸出輸出50kHz的脈沖信號(hào)，通過高頻脈沖變壓器耦合去驅(qū)動(dòng)的脈沖信號(hào)，通過高頻脈沖變壓器耦合去驅(qū)動(dòng)功率功率MOS管。次級(jí)脈沖電壓為正時(shí)，管。次級(jí)脈沖電壓為正時(shí)，MOS管導(dǎo)通，在此管導(dǎo)通，在此 期間期間Q7截止，由其構(gòu)成的泄截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級(jí)脈沖電壓為零時(shí)，那么放電路不工作。當(dāng)次級(jí)脈沖電壓為零時(shí)，那么Q7導(dǎo)通，快速泄放導(dǎo)通，快速泄放MOS管柵級(jí)電荷，加管柵級(jí)電荷，加速速M(fèi)OS管截止。管截止。R70是用于抑制驅(qū)動(dòng)脈沖的是用于抑制驅(qū)動(dòng)脈沖的

16、 尖峰，尖峰，R68、D15、R67可以加速驅(qū)動(dòng)并可以加速驅(qū)動(dòng)并防止驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。防止驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。D17和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構(gòu)成去磁電路。和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構(gòu)成去磁電路。4.6、風(fēng)扇風(fēng)速控制電路、風(fēng)扇風(fēng)速控制電路風(fēng)扇風(fēng)速控制電路見圖。利用二極管正向管壓降隨溫度升高而呈下降趨勢(shì)的特性，將D9、D10做為散熱器溫度采樣器件。方法是將D9、D10兩二極管緊靠在散熱器上，當(dāng)散熱器隨輸出功率加大而溫度升高時(shí)，運(yùn)放N2A正相輸入端電平降低，輸出低電平使三極管Q3開始導(dǎo)通，風(fēng)機(jī)上電壓升高，轉(zhuǎn)速升高，最終到達(dá)最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載較輕，使散熱器溫度低于50時(shí)，N2A輸出高電平，Q3不

17、導(dǎo)通，輔助電源12.5V經(jīng)電阻R57降壓給風(fēng)機(jī)供電，風(fēng)機(jī)處于低速、低噪聲運(yùn)行狀態(tài)。此電路可以提高風(fēng)機(jī)工作壽命，增加電路可靠性，亦可在小負(fù)載情況下，減少風(fēng)機(jī)帶來的噪聲。4.7、PWM控制電路控制電路控制電路采用通用脈寬調(diào)制器控制電路采用通用脈寬調(diào)制器TL494，具有通用性和本錢低等優(yōu)點(diǎn)，見圖。輸，具有通用性和本錢低等優(yōu)點(diǎn)，見圖。輸出電壓經(jīng)出電壓經(jīng)R40、RV2、RV1、R41進(jìn)行分壓采樣，經(jīng)進(jìn)行分壓采樣，經(jīng)R5阻抗阻抗 匹配后送到匹配后送到TL494腳腳1。RV1裝在電源前面板上用于實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。裝在電源前面板上用于實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。R103和和C14將輸出電感將輸出電感L1前信前信號(hào)采

18、樣，經(jīng)號(hào)采樣，經(jīng)R5送到送到TL494腳腳1，用于，用于 提高電源穩(wěn)定度，消除提高電源穩(wěn)定度，消除L1對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性影響。對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性影響。4.8 、過流保護(hù)電路、過流保護(hù)電路為增強(qiáng)電源可靠性，此電源采用初、次級(jí)兩級(jí)過為增強(qiáng)電源可靠性，此電源采用初、次級(jí)兩級(jí)過流保護(hù)。初級(jí)采用電流互感器流保護(hù)。初級(jí)采用電流互感器CT1檢測(cè)初級(jí)變壓器電檢測(cè)初級(jí)變壓器電流，檢測(cè)出的電流信號(hào)經(jīng)流，檢測(cè)出的電流信號(hào)經(jīng)R60轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后，再轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后，再 經(jīng)經(jīng)D2D4，C9整流濾波后，經(jīng)過電位器整流濾波后，經(jīng)過電位器RV3分壓，反分壓，反相器相器N3反相后加在反相后加在Q1管基極。當(dāng)初級(jí)電流超過正常管基極。當(dāng)初級(jí)電流超過正常時(shí)，反相器反轉(zhuǎn)，時(shí)，反相器反轉(zhuǎn)，Q1管導(dǎo)通，將管導(dǎo)通，將 VREF=5V的高電平的高電平加在加在TL494腳腳4上腳上腳4為為TL494死區(qū)控制腳、高電平死區(qū)控制腳、高電平關(guān)斷，關(guān)斷，TL494關(guān)斷。關(guān)斷。 輸出直流總線上過流保護(hù)，采用輸出直流總線上過流保護(hù)，采用R45R56電阻做電阻做為采樣電阻，當(dāng)輸出電流增加時(shí)腳為采樣電阻，當(dāng)輸出電流增加時(shí)腳15電平變低，當(dāng)輸電平變低，當(dāng)輸出電流大于出電流大于40A的的105時(shí)，時(shí)，TL494 的內(nèi)部運(yùn)放動(dòng)作，的內(nèi)部運(yùn)放動(dòng)作，腳腳3電平升高，限制輸出脈寬增加，電源處于限流狀態(tài)。電平升高，限制輸出脈寬增加