开关电源各功能电路详解.pdf

开关电源是一种将交流电压转换为直流电压的电子电源装置，它具有体积小、重量轻、效率高等特点，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。开关电源的工作原理是通过控制开关管的开关状态，将输入电压转换为高频脉冲电压，再通过变压器或感应器进行能量转换，最后通过整流和滤波电路输出稳定的直流电压。 一、开关电源的电路组成 开关电源的主电路包括以下几个部分：输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路以及输出整流滤波电路。除此之外，还包括辅助电路，如输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。这些电路确保了开关电源的稳定运行和设备的安全。 1. 输入电磁干扰滤波器（EMI）：主要作用是滤除电网中的高频干扰噪声，防止电磁干扰对开关电源及电网其他设备的影响。 2. 整流滤波电路：将交流电压转换为直流电压，并通过电容器进行滤波，以消除交流成分，得到较为纯净的直流电压。 3. 功率变换电路：核心部件为开关管，通过控制开关管的工作状态，将输入的直流电压转换为高频脉冲电压。 4. PWM控制器电路：通过脉宽调制技术（PWM），控制开关管的开关频率和占空比，以稳定输出电压。 5. 输出整流滤波电路：将高频脉冲电压通过整流和滤波转换为稳定的直流电压。 二、输入电路的原理及常见电路 输入电路是开关电源的前端部分，主要包括AC输入整流滤波电路和DC输入滤波电路。 1. AC输入整流滤波电路原理： a. 防雷电路：由MOV（金属氧化物压敏电阻器）、F（快速熔断器）和FDG（气体放电管）等元件组成的防雷电路，能够吸收因雷击等原因产生的瞬间高压，防止损坏后级电路。 b. 输入滤波电路：通过使用电容器和电感器组成的双π型滤波网络，抑制电磁噪声和杂波信号，减少对电网的干扰。 c. 整流滤波电路：交流电压经过整流桥（BRG）整流和电容器（C5）滤波后，得到较为稳定的直流电压。 2. DC输入滤波电路原理： a. 输入滤波电路：同样利用双π型滤波网络，抑制电磁噪声和杂波信号，防止对电源干扰。 b. 抗浪涌电路：利用热敏电阻器（RT1）和可控硅（Q2）等元件，在电源开启瞬间防止浪涌电流损坏电路。 三、功率变换电路 功率变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关管和相关控制电路组成。 1. MOS管的工作原理：利用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的电容效应工作，MOS管栅极对输入信号有很高的电阻，允许较大的输入阻抗。 2. 工作原理：通过RC网络、缓冲器、尖峰吸收电路等的设计，减少开关管的电压应力，降低电磁干扰，防止二次击穿现象。 四、输出整流滤波电路 输出整流滤波电路用于将高频脉冲电压转换为稳定的直流电压。 1. 正激式整流电路：利用开关变压器和整流二极管进行整流，通过电感和电容组成的π型滤波器滤波，输出稳定的直流电压。 2. 反激式整流电路：与正激式相似，但变压器的初极和次极相位相反，同样通过π型滤波器输出稳定直流电压。 3. 同步整流电路：通过使用场效应管代替二极管进行整流，提高了整流效率。 五、稳压环路原理 稳压环路用于保持输出电压的稳定。 1. 反馈电路原理图：通过取样电阻和分压电路获取输出电压的反馈信号。 2. 工作原理：当输出电压升高时，反馈信号也升高，通过PWM控制器调整开关管的占空比，减小输出电压至稳定值。 通过对开关电源各功能电路的深入分析，我们可以了解到开关电源设计中需要关注的多个关键点，包括电磁干扰抑制、电路保护、高效能量转换、精确输出控制等。这些知识对于电子工程师进行开关电源设计和故障排查至关重要。