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常用开关电源电路分析

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创易|  楼主 | 2008-8-8 23:18 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
下图为最常用的开关电源电路,市场上5V 1A,或者9V 1A的开关电源就是这种电路。

一:整流滤波,220V AC转换成310V DC
220V AC输入经过R6,D5,D6,D7,D8和C3,变成310V的直流电压,其中R6为炭膜电阻,在这儿当保险丝的作用,成本低。D5,D6,D7,D8为整流,一般选用1N4007二极管,耐压1kV。C3为47uF,400V耐压的电容。

二:DC – DC电路分析
A:储存能量
三极管Q1和变压器T1是这个DC-DC的核心部件,R3是Q1的偏置电阻,提供Q1偏压。
当一加电时,R3给Q1提供偏置电流,1M电阻,电流在0.31mA,假设Q1的放大倍数hfe = 20(一般功率管的hfe值都比较小,范围在8到40),则Q1集电极最大的电流能够达到6.2mA。
对于变压器来说,L1电感上的电流不能突变,根据愣次定律: 感应电动势U = L * ( dI / dT),电流从0开始增长,电流跟时间成正比,所以宏观来看,U = L * (I / T)。感应电动势与外部所加的电压相等,也是310V。如下图:

因为L2与L1同在一个变压器上,它的同名端也产生一个电动势,电压为310 * (12 / 80) = 46V,这个电压通过R7和C2加到了Q1的b极,正反馈增强了三极管的c极的电流,假如不考虑C2的压降,只算R7对Q1的电流贡献,则通过Q1的电流为(46 – 0.7) / 1k = 43.3mA,R3为0.31mA,则Q1的基极电流为43.6mA,Q1集电极的饱和电流为43.6 * 20 = 872mA。也就是说电感L1上的电流会从0增长一直增长到872mA进入饱和状态。这段时间,L3上也输出电压,为负电压,因为二极管D3不导通,不能对外输出,能量储存在变压器中,转换成磁场。
B:保护限流电路
因为有保护电路Q3,D2和R2的存在,这三个器件保护的同时又起限制功率,限制输出电流的作用,防止输出短路的,烧毁电源,但这种保护电路往往只能短时间保护,并且应用于小功率的设备。通过R2的电流产生压降,但R2上的电压达到1.4V时,Q2导通,限制Q1的电流,所以Q1的最大饱和电流为1.4V / 10 = 140mA.若没有保护电路,则电流为872mA,以下按140mA有保护的电路作为分析。



C:输出能量
进入饱和状态后,Q1集电极电流不再增长,则L2的电压输出为0,加到Q1基极的电流降低到0.31mA,对应Q1集电极的电流为6.2mA,这个时候变压器中的电感根据愣次定律,产生相反的电压,对于L1来说,就是下正上负,导致Q1的集电极电压继续增高,同时通过二极管D1对C1和R1释放能量,L2产生负电压,导致Q1完全截至,L3产生正电压,通过D3对电容充电,对外输出能量。这部分才是真正的对外输出能量的过程。


三:电压反馈电路
假如输出电压设为5V(L3输出电压为5.5V,D3为肖特级二极管,压降为0.5V),取样电路R4与R5获得取样电压为2.5V,通过参考电源芯片TL431,当TL431的第三脚高于2.5V,则TL431的1,2脚导通,Q2内部的发光二极管导通发光,导致Q2内部的光敏三极管导通,Q1的基极电压降低,饱和电流降低,输出的电压降低,反之则升高,实现输出电压的负反馈。

四:注意事项
1:这个电路工作在几十到几百KHz,所以D3采用肖特基二极管,T1要采用高频变压器。
2:R1的功率要大些,Q1的耐压最好选择高一些的。
3:D4可以选择稳压二极管,但输出电压稳定度差一些,输出值范围也大些。
4:有一些手机的充电器,为了降低成本,不采用输出端负反馈,而是采用L2作为输出端负反馈,这种电路输出电压纹波大,稳定度低,不建议采用。

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创易|  楼主 | 2008-8-8 23:19 | 只看该作者

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创易|  楼主 | 2008-8-8 23:20 | 只看该作者

Q1三极管的电压和电流图

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创易|  楼主 | 2008-8-8 23:24 | 只看该作者

L2的电压图

这个电源非常常用,但电路一直没有深入分析,这段时间把它详细的分析了一下,限于水平,肯定有一些分析不到位的地方,欢迎大家指出不足与错误。

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