電源模塊在日常生活中占有很大的比重，幾乎所有可見電子設(shè)備都包含功率模塊，開關(guān)電源是一種功率模塊。利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管的開關(guān)開關(guān)時間比，保持穩(wěn)定的輸出電壓，開關(guān)電源一般由脈寬調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET組成。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開關(guān)電源技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于幾乎所有的電子設(shè)備中。開關(guān)電源是電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一種不可缺少的電源模式，因?yàn)殚_關(guān)電源的工作原理會有所不同。
一、開關(guān)電源電路由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、PWM控制器電路和輸出整流濾波電路組成，輔助電路包括輸入欠壓保護(hù)電路、輸出欠壓保護(hù)電路、輸出過電流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。
二、 輸入電路的原理及常見電路：
1、AC 輸入整流濾波電路原理：
A.防雷電路：當(dāng)有雷擊，發(fā)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由 MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、 FDG1 組成的電路進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩頭的電壓超越其作業(yè)電壓時，其阻值下降， 使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3 會焚毀維護(hù)后級電路。
B.輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3 組成的雙 π 型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲 及雜波信號進(jìn)行按捺，避免對電源攪擾，一同也避免電源本身發(fā)生的高頻雜波對電網(wǎng)攪擾。 當(dāng)電源敞開瞬間，要對 C5 充電，因?yàn)樗查g電流大，加 RT1（熱敏電阻）就能有用的避免浪 涌電流。因瞬時能量全消耗在 RT1 電阻上，一定時刻后溫度升高后 RT1 阻值減小（RT1 是負(fù) 溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量十分小，后級電路可正常作業(yè)。
C.整流濾波電路：溝通電壓經(jīng) BRG1 整流后，經(jīng) C5 濾波后得到較為純凈的直流電壓。若 C5 容量變小，輸出的溝通紋波將增大。
2、 DC 輸入濾波電路原理：
A.輸入濾波電路：C1、L1、C2 組成的雙 π 型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜 波信號進(jìn)行按捺，避免對電源攪擾，一同也避免電源本身發(fā)生的高頻雜波對電網(wǎng)攪擾。C3、 C4 為安規(guī)電容，L2、L3 為差模電感。
B.R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7 組成抗浪涌電路。在起機(jī)的瞬間， 因?yàn)?/span> 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 Q2 導(dǎo) 通。如果 C8 漏電或后級電路短路現(xiàn)象，在起機(jī)的瞬間電流在 RT1 上發(fā)生的壓降增大，Q1 導(dǎo) 通使 Q2 沒有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1 將會在很短的時刻焚毀，以維護(hù)后級電路。
三、 功率變換電路
1、 MOS 管的作業(yè)原理：現(xiàn)在使用最廣泛的絕緣柵場效應(yīng)管是 MOSFET（MOS 管），是使用半導(dǎo)體外表的電聲效應(yīng)進(jìn)行作業(yè)的。也稱為外表場效應(yīng)器件。因?yàn)樗臇艠O處于不導(dǎo)電狀況， 所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá) 105 歐姆，MOS 管是使用柵源電壓的巨細(xì)，來改動半 導(dǎo)體外表感生電荷的多少，然后操控漏極電流的巨細(xì)。
2、作業(yè)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，變壓器的原邊線圈易發(fā)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一同，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從 R3 測得的電流峰值信號參加當(dāng)前作業(yè)周波的占空比操控，因此是當(dāng)前作業(yè)周波的電流約束。當(dāng) R5 上的電壓達(dá)到 1V 時，UC3842 中止作業(yè)，開關(guān)管 Q1 立即關(guān)斷。R1和Q1中的結(jié)電容 CGS、CGD一同組成 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，易引起振動，電磁攪擾也會很大；R1過大，會下降開關(guān)管的開關(guān)速度。Z1 通 常將 MOS 管的 GS 電壓約束在 18V以下，然后維護(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，Q1 導(dǎo)通時刻越長，變壓器所貯存的能量也就越多；當(dāng)Q1截止時，變壓器經(jīng)過 D1、D2、R5、R4、C3 釋放能量，一同也達(dá)到了磁場復(fù)位的意圖，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了預(yù)備。IC 依據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào) 整著腳鋸形波占空比的巨細(xì)，然后安穩(wěn)了整機(jī)的輸出電流和電壓。C4和 R6為尖峰電壓吸收回路。
3、同步整流電路：
作業(yè)原理：當(dāng)變壓器次級上端為正時，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 柵極因?yàn)樘幱诜雌刂埂．?dāng)變壓器次級下端為正時，電流經(jīng) C3、R4、R2 使 Q1 導(dǎo)通，Q1 為續(xù)流管。Q2 柵極因?yàn)樘幱诜雌刂埂?/span>L2 為續(xù)流電感，C6、L1、C7 組成 π 型濾波器。R1、C1、R9、C4 為削尖峰電路。
五、 穩(wěn)壓環(huán)路原理
作業(yè)原理：當(dāng)輸出 U0 升高，經(jīng)取樣電阻 R7、R8、R10、VR1 分壓后，U1腳電壓升高，當(dāng)其超越 U1腳基準(zhǔn)電壓后 U1腳輸出高電平，使 Q1 導(dǎo)通，光耦 OT1 發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通， UC3842腳電位相應(yīng)變低，然后改動 U1腳輸出占空比減小，U0 下降。 當(dāng)輸出 U0 下降時，U1腳電壓下降，當(dāng)其低過 U1腳基準(zhǔn)電壓后 U1腳輸出低電平，Q1 不導(dǎo)通，光耦 OT1 發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通，UC3842腳電位升高，然后改動 U1腳輸出占空比增大，U0 下降。循環(huán)往復(fù)，然后使輸出電壓保持安穩(wěn)。調(diào)理 VR1 可改動 輸出電壓值。 反應(yīng)環(huán)路是影響開關(guān)電源安穩(wěn)性的重要電路。如反應(yīng)電阻電容錯、漏、虛焊等，會發(fā)生自激 振動，毛病現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振動，輸出電壓不安穩(wěn)等。
六、短路維護(hù)電路：
1、在輸出端短路的情況下:
PWM 操控電路可以把輸出電流約束在一個安全范圍內(nèi)，它 可以用多種方法來完成限流電路，當(dāng)功率限流在短路時不起作用時，只有另增設(shè)一部分電路。
2、短路維護(hù)電路一般有兩種，其原理簡述如下：當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦 OT1不導(dǎo)通，UC3842腳電壓上升至 5V 左右，R1 與 R2 的分壓超越 TL431 基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通，UC3842腳 VCC 電位被拉低，IC 中止作業(yè)。UC3842 中止作業(yè)后腳電位消失，TL431不導(dǎo)通 UC3842腳電位上升，UC3842 重新發(fā)動，循環(huán)往復(fù)。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動康復(fù)成正常作業(yè)狀況。
3、下圖是中功率短路維護(hù)電路，其原理簡述如下：
當(dāng)輸出短路，UC3842腳電壓上升,U1腳電位高于腳時，比較器翻轉(zhuǎn)腳輸出高電位，給C1充電，當(dāng) C1 兩頭電壓超越腳基準(zhǔn)電壓時 U1腳輸出低電位，UC3842腳低于1V，UCC3842 中止作業(yè)，輸出電壓為 0V，循環(huán)往復(fù)，當(dāng)短路 消失后電路正常作業(yè)。R2、C1是充放電時刻常數(shù)，阻值不對時短路維護(hù)不起作用。
4、常見的限流、短路維護(hù)電路。
其作業(yè)原理簡述如下： 當(dāng)輸出電路短路或過流，變壓器原邊電流增大，R3 兩頭電壓降增大，腳電壓升高，UC3842腳輸出占空比逐漸增大，腳電壓超越 1V 時，UC3842關(guān)閉無輸出。
5、用電流互感器取樣電流的維護(hù)電路，
有著功耗小，但成本高和電路較為雜亂，其作業(yè)原理簡述如下：
輸出電路短路或電流過大，TR1 次級線圈感應(yīng)的電壓就越高，當(dāng)UC3842腳超越1伏，UC3842 中止作業(yè)，循環(huán)往復(fù)，當(dāng)短路或過載消失，電路自行康復(fù)。
七、輸出端限流維護(hù)：
其作業(yè)原理簡述：當(dāng)輸出電流過大時，RS（錳銅絲）兩頭電壓上升，U1腳電壓高于腳基準(zhǔn)電壓，U1腳輸出高電壓，Q1導(dǎo)通，光耦發(fā)生光電效應(yīng)，UC3842腳電壓下降，輸出電壓下降，然后達(dá)到輸出過載限流的意圖。
八、輸出過壓維護(hù)電路的原理：輸出過壓維護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超越規(guī)劃值時，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路呈現(xiàn)毛病或者因?yàn)橛脩舨僮鞑煌滓疠敵鲞^壓現(xiàn)象時，過 壓維護(hù)電路進(jìn)行維護(hù)以避免損壞后級用電設(shè)備。使用最為普遍的過壓維護(hù)電路有如下幾種： 1、可控硅觸發(fā)維護(hù)電路：當(dāng) Uo1 輸出升高，穩(wěn)壓管（Z3）擊穿導(dǎo)通，可控硅（SCR1）的操控端得到觸 發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。Uo2 電壓對地短路，過流維護(hù)電路或短路維護(hù)電路就會作業(yè)，中止整個電源電路的作業(yè)。當(dāng)輸出過壓現(xiàn)象掃除，可控硅的操控端觸發(fā)電壓經(jīng)過 R 對地泄放，可控硅康復(fù)斷開狀況。
2、光電耦合維護(hù)電路：
當(dāng) Uo 有過壓現(xiàn)象時，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（OT2）R6 到地發(fā)生電流流過， 光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，然后使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1 基極得電導(dǎo)通， 3842 的腳電下降，使 IC 關(guān)閉，中止整個電源的作業(yè)，Uo 為零，循環(huán)往復(fù)。
3、輸出限壓維護(hù)電路：
當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，Q1 基極有驅(qū)動電 壓而道通，UC3842電壓升高，輸出下降，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，UC3842電壓下降，輸出電壓升 高。循環(huán)往復(fù)，輸出電壓將安穩(wěn)在一范圍內(nèi)（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）。
4、輸出過壓鎖死電路：
當(dāng)輸出電壓 Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2 基極得電導(dǎo)通， 因?yàn)?/span> Q2 的導(dǎo)通 Q1 基極電壓下降也導(dǎo)通，Vcc 電壓經(jīng) R1、Q1、R2 使Q2一直導(dǎo)通，UC3842腳一直是高電平而中止作業(yè)。在圖 B 中，UO 升高 U1腳電壓升高，腳輸出高電平，因?yàn)?/span> D1、R1 的存在，U1腳一直輸出高電平 Q1 一直導(dǎo)通，UC3842腳一直是低電平而中止作業(yè)。
九、功率因數(shù)校對電路（PFC）：
作業(yè)原理： 輸入電壓經(jīng) L1、L2、L3 等組成的 EMI 濾波器，BRG1 整流一路送 PFC 電感，另一路經(jīng) R1、R2 分壓后送入 PFC 操控器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào)整操控信號的占空比，即改動 Q1 的導(dǎo)通和關(guān)斷時刻，安穩(wěn) PFC 輸出電壓。L4 是 PFC 電感，它在 Q1 導(dǎo)通時貯存能量，在 Q1 關(guān)斷時施放能量。D1 是發(fā)動二極管。D2 是 PFC 整流二極管，C6、C7 濾波。PFC 電壓一路 送后級電路，另一路經(jīng) R3、R4 分壓后送入 PFC 操控器作為 PFC 輸出電壓的取樣，用以調(diào)整 操控信號的占空比，安穩(wěn) PFC 輸出電壓。
十、輸入過欠壓維護(hù)：
作業(yè)原理： AC 輸入和 DC 輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓維護(hù)原理大致相同。維護(hù)電路的取樣電壓均 來自輸入濾波后的電壓。 取樣電壓分為兩路，一路經(jīng) R1、R2、R3、R4 分壓后輸入比較器 3 腳，如取樣電壓高于 2 腳基準(zhǔn)電壓，比較器 1 腳輸出高電平去操控主操控器使其關(guān)斷，電源無輸出。另一路經(jīng) R 7、R8、R9、R10 分壓后輸入比較器 6 腳，如取樣電壓低于 5 腳基準(zhǔn)電壓，比較器 7 腳輸出 高電平去操控主操控器使其關(guān)斷，電源無輸出。
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