工程師不可不知的開關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計（一）

????? 牽涉到開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計或分析成為電子工程師的心頭之痛已是不爭的事實，應(yīng)廣大網(wǎng)友迫切要求，電子發(fā)燒友推出開關(guān)電源設(shè)計整合系列和工程師們一起分享，請各位繼續(xù)關(guān)注后續(xù)章節(jié)。

一、12V開關(guān)電源電路原理分析

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　　該開關(guān)電源屬于小功率開關(guān)電源，輸入220V交流市電，輸出12V直流電，最大輸出電流1.3A,主要應(yīng)用于小型設(shè)備的供電，比如樓宇監(jiān)控設(shè)備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調(diào)制集成電路TL3843P(內(nèi)含振蕩器、脈寬調(diào)制比較器、邏輯控制器，具有過流、欠壓等保護控制功能，最高工作頻率可達500MHz.啟動電流僅需ImA)。各引腳功能如下：(1)腳是內(nèi)部誤差放大器的輸出端，通常與(2)腳之間有反饋網(wǎng)絡(luò)，確定誤差放大器的增益。(2)腳是反饋電壓輸入端，作為內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓(+2.5V)進行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。(6)腳過流檢測輸入端，當(dāng)接人的電壓高于1V時，禁止驅(qū)動脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC定時電阻和電容的公共接人端，用于產(chǎn)生鋸齒振蕩波。(5)腳為接地端。(6)腳為脈寬可調(diào)脈沖輸出端。(7)腳為工作電壓輸入端(10V>Vi≤30V)。(8)腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(VREF=5v)輸出端。

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　　圖1 開關(guān)電源原理圖

　　一、輸入與整流電路

　　220V交流市電經(jīng)O.IA保險管Fl及正溫度系數(shù)熱敏電阻PT1進入交流輸入電路，交流輸入電路由Cl和L構(gòu)成，為一低通濾波器。其主要作用是抗干擾、抑制雜波。它既阻止市電網(wǎng)中高頻干擾脈沖進入開關(guān)電源電路，叉阻止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻干擾諧波進入市電網(wǎng)。

　　經(jīng)過低通濾波器濾除了高頻雜波的220V交流電，由ED1全橋整流。C2濾波后，在C2兩端得到約300V的直流電壓。該電壓經(jīng)開關(guān)變壓器初級線圈后作為功率開關(guān)管Ql的工作電源;經(jīng)R2到電容C4作為脈寬調(diào)制集成電路TL3843P的啟動電源。

　　二、啟動與穩(wěn)壓電路

　　經(jīng)整流濾波的300V電壓：一路經(jīng)開關(guān)變壓器Tl的1~2繞組加到功率開關(guān)管Ql(K3326)的漏極，另一路經(jīng)啟動電阻R2加到U1(TL3843)的(7)腳，作為主控制芯片TL3843P的啟動電源。在電路加電的瞬間300V通過R2對C4進行充電，當(dāng)Ul的(7)腳電壓達到10V以上時，Ul的(8)腳輸出5v基準(zhǔn)電壓，同時TL3843P內(nèi)部的振蕩電路開始工作，(6)腳輸出工作脈沖，通過R4驅(qū)動開關(guān)管01工作，這時開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)。工作頻率主要由R8和C6決定，本電路R8為15kΩ。C6為lOOOpF,其振蕩頻率約llOkHz.在工作期間，開關(guān)變壓器Tl的(1)一(2)繞組有高頻脈沖電流流過。由于交流互感的作用，變壓器其他繞組也產(chǎn)生不同電壓的交流電，其中(3)一(4)繞組經(jīng)R5限流，D2整流，C4濾波后得到約12V以上的直流電壓加到Ul的(7)腳，保證Ul穩(wěn)定可靠地工作。Tl的(5)一(6)繞組經(jīng)D3整流，C12、Ll和Cll組成濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出作為負(fù)載的直流電壓12V.

　　穩(wěn)壓電路由精密可調(diào)基準(zhǔn)電壓集成器件U3(TLA31)、電阻R16、R18、R17、電位器R13、電容C13以及光電耦合器U2(PC817)組成。

　　輸出的12V電壓經(jīng)R16與電位器R13及電阻R18分壓后加到U3的(1)腳。當(dāng)由于某種原因?qū)е螺敵?2V電壓升高時。U3的(1)腳電壓升高，(3)腳的電壓降低，導(dǎo)致光耦合器U2內(nèi)部發(fā)光二極管的亮度增強，內(nèi)部光電三極管導(dǎo)通或飽和導(dǎo)通，將Ul內(nèi)誤差放大器的輸出電壓拉低(甚至為Ov)，經(jīng)內(nèi)部自動控制電路的作用，自動將(6)腳輸出的脈沖寬度調(diào)窄，使開關(guān)管01的導(dǎo)通時間縮短，從而使電源輸出的電壓自動降低。當(dāng)輸出12V電壓變低時，其穩(wěn)壓過程與上述正好相反。

　　與一般電路不同，該電路中由Rll、C8、R7、02、R8、C6組成的RT/CT振蕩頻率控制電路，可以在負(fù)載加重的情況下，使振蕩頻率降低，直至停振。當(dāng)負(fù)載加重到過載時。UI的(1)腳平均電位增高，進而使C8正極電位升高，當(dāng)C8正極電位升高到接近4.4V時，02的工作狀態(tài)由飽和狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡，Q2的C極電位降低直至02截止，鋸齒波振蕩電路停止工作，控制電路停止輸出脈沖，從而起到負(fù)載短路保護的作用。

　　三、保護電路

　　1.功率管的保護：該保護電路由Rl、C14、D1、R3組成，接在Tl的(1)-(2)繞組間。由于開關(guān)管Ql交替工作在飽和導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)之間，當(dāng)開關(guān)管由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時，在(1)-2)繞組之間會產(chǎn)生瞬間反向尖峰電壓，如果沒有泄放電路，功率管的漏(D)源(s)極很可能會被擊穿。通過該保護電路可以將反向尖峰電壓釋放掉，從而起到保護功率管的作用。

　　2.過流保護：電路由R12、R10組成，當(dāng)功率管的電流突然增大時，電阻R12非對地端電壓升高，該電壓經(jīng)R10加到Ul的(3)腳，當(dāng)電壓高于1V時，內(nèi)部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖，使Q1截止。