工程師不可不知的開關電源關鍵設計（一）

一、12V開關電源電路原理分析

該開關電源屬于小功率開關電源，輸入220V交流市電，輸出12V直流電，最大輸出電流1.3A,主要應用于小型設備的供電，比如樓宇監(jiān)控設備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調制集成電路TL3843P(內含振蕩器、脈寬調制比較器、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)腳是內部誤差放大器的輸出端，通常與(2)腳之間有反饋網絡，確定誤差放大器的增益。(2)腳是反饋電壓輸入端，作為內部誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的基準電壓(+2.5V)進行比較，產生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。(6)腳過流檢測輸入端，當接人的電壓高于1V時，禁止驅動脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC定時電阻和電容的公共接人端，用于產生鋸齒振蕩波。(5)腳為接地端。(6)腳為脈寬可調脈沖輸出端。(7)腳為工作電壓輸入端(10V>Vi≤30V)。(8)腳為內部基準電壓(VREF=5v)輸出端。

圖1 開關電源原理圖

一、輸入與整流電路

220V交流市電經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。它既阻止市電網中高頻干擾脈沖進入開關電源電路，叉阻止開關電源產生的高頻干擾諧波進入市電網。

經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。該電壓經開關變壓器初級線圈后作為功率開關管Ql的工作電源;經R2到電容C4作為脈寬調制集成電路TL3843P的啟動電源。

二、啟動與穩(wěn)壓電路

經整流濾波的300V電壓：一路經開關變壓器Tl的1~2繞組加到功率開關管Ql(K3326)的漏極，另一路經啟動電阻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Ul的(7)腳電壓達到10V以上時，Ul的(8)腳輸出5v基準電壓，同時TL3843P內部的振蕩電路開始工作，(6)腳輸出工作脈沖，通過R4驅動開關管01工作，這時開關管工作于開關狀態(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生不同電壓的交流電，其中(3)一(4)繞組經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D3整流，C12、Ll和Cll組成濾波網絡，輸出作為負載的直流電壓12V.

穩(wěn)壓電路由精密可調基準電壓集成器件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R16與電位器R13及電阻R18分壓后加到U3的(1)腳。當由于某種原因導致輸出12V電壓升高時。U3的(1)腳電壓升高，(3)腳的電壓降低，導致光耦合器U2內部發(fā)光二極管的亮度增強，內部光電三極管導通或飽和導通，將Ul內誤差放大器的輸出電壓拉低(甚至為Ov)，經內部自動控制電路的作用，自動將(6)腳輸出的脈沖寬度調窄，使開關管01的導通時間縮短，從而使電源輸出的電壓自動降低。當輸出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，可以在負載加重的情況下，使振蕩頻率降低，直至停振。當負載加重到過載時。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)向截止狀態(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。由于開關管Ql交替工作在飽和導通與截止狀態(tài)之間，當開關管由飽和導通變?yōu)榻刂範顟B(tài)時，在(1)-2)繞組之間會產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R10加到Ul的(3)腳，當電壓高于1V時，內部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖，使Q1截止。

二、GP02開關電源的電路分析

GP02開關電源屬于自激間歇振蕩電源，該電源采用三肯公司生產的開關電源專用集成電路 STR - X6759N 和STR-V152。該系列集成電路組成的開關電源具有電源電壓適應范圍寬，能在 150V~260V交流電壓范圍內正常工作。輸出功率大，可提供 150W以上的功率。該開關電源設計有過流、過熱、過壓保護電路，一旦開關電源穩(wěn)壓電路中的取樣放大電路出故障，造成輸出電壓過高，或負載過重導致開關電源過流，設計在集成塊內部的過壓、過流保護電路便會立即啟動進入保護狀態(tài)，使開關電源停止工作，有效避免故障范圍擴大。

根據(jù)電路結構和作用，該開關電源可分為進線濾波和整流濾波電路、主開關電源電路、副開關電源電路三大部分。

1.進線濾波和整流濾波電路

長虹GP02開關電源采用三級進線濾波器。第一級進線濾波器由L801 、C860、C861、C862,組成。交流 220V電壓經延遲保險絲FU801加在第一級進線濾波器上。在第一級進線濾波器中， L801 的作用是對電網中的對稱性干擾進行濾波。由于L801兩個繞組方向相同，流入兩個繞組的電流方向始終相反，故由市電進入的對稱干擾產生的磁場方向始終相反，互相抵消。對于非對稱干擾，則由接在 L801兩端的電容 C860、C861、C862與 L801組成的兩個л型低通濾波器進行濾除。

220V 交流電經第一級進線濾波器濾除通過電網串入的對稱性和非對稱性干擾后，再進入由 C863、C8864、L802 組成的第二級進線濾波器進行濾波。第二級進線濾波器的電路結構與第一級完全相同。第三極濾波由T804、T805組成。GP0開關電源設計多級進線濾波器的目的是增強開關電源的抗干擾能力，提高電視機的電磁兼容性。

在進線濾波器中， C860、C861 串聯(lián)后，中點接在冷地上，目的是使電視機開關電源第一級進線濾波器的高頻地電位與整機冷地高頻地電位相等，防止電視機中的高頻脈沖信號通過接地回路對電視機本身造成干擾。

進線濾波電路中的RP801為壓敏電阻，其特性是當加在電阻兩端的電壓高到一定程度時，電阻就會擊穿短路，電阻擊穿短路后，接在電阻前面的保險絲FU801就會熔斷，從而有效避免市電過高導致開關電源過壓損壞。所以，在電路中，通常將RP801稱之為過壓保護電阻。

從電路結構上看，進線濾波器的第一、二級接在保險絲FU801的后面，橋式整流濾波電路中的前面。220V交流電通過保險絲FU801、第一、二級進線濾波器輸往橋式整流濾波電路。因此，進線濾波器出故障，應當有三種故障表現(xiàn)形式：一是電視屏幕上出現(xiàn)高頻干擾;二是電視機在使用過程中，對其它電器設備造成干擾;三是造成電源保險絲FU801熔斷。所以，檢修GP02開關電源故障時，只有出現(xiàn)FU801熔斷故障，才對進線濾波電路進行檢查。

橋式整流濾波電路由BD801、C800等元件組成。橋式整流濾波電路的作用是對交流220V電壓進行整流濾波。在圖1所示電路中，電源開關一旦接通，交流220V電壓經進線濾波器處理后，直接加到由BD801組成的橋式整流電路上，由橋式整流電路進行整流，C800濾波得到約296V左右的直流電壓，然后分成兩路，一路經T801(1)-(3)繞組和T802(1)-(3)繞組加到IC801的(1)腳，作為IC801內部開關管的工作電壓;另一路經T806(1)-(3)繞組加在IC800(1)腳，作為IC800內部開關管的工作電壓。