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反激式開關電源工作過程

時間:2024-04-17 17:26:33來源:21ic電子網

導語:?反激式開關電源的典型電路如下圖所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。

  反激式開關電源的典型電路如下圖所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激,是指當開關管 VT1 導通時,高頻變壓器T初級繞組的感應電壓為上正下負,整流二極管 VD1 處于截止狀態(tài),在初級繞組中儲存能量。

  當開關管 VT1 截止時,變壓器T初級繞組中存儲的能量,通過次級繞組及 VD1 整流和電容C濾波后向負載輸出。

  反激式開關電源是一種成本最低的電源電路,輸出功率為 20 - 100 W,可以同時輸出不同的電壓,且有較好的電壓調整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大,外特性差,適用于相對固定的負載。

  反激式開關電源使用的開關管 VT1 承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍,工作頻率在 20 - 200kHz 之間。

  反擊式開關電源的工作過程可以先簡單的分為四步:

  第1步 整流

  當電源的輸入端接收到交流的220伏市電后會通過整流橋。將交流220伏,整流為直流310伏。

  第2步 逆變

  開關電源中的核心器件是控制器,它控制功率開關管將310伏直流電,反復開關轉換為高頻交流電,其頻率一般為幾十k到上百k赫茲。高頻交流電通過變壓器后可以進行降壓。 因為交流電的頻率非常高,所以可以減小變壓器的體積成本并提升轉換效率,這也就是開關電源比傳統(tǒng)的工頻變壓器的成本更低的原因。

  第3步 二次整流

  高頻交流電通過變壓器后,將幅值變低,需要再通過整流電路轉化為直流電。轉化后的直流電就是電源的直接輸出。

  第4步 反饋

  反饋是反擊式開關電源以及各種其他開關電源中最復雜和最有技術難度的地方,需要有經驗的電源工程師反復調節(jié)才可以使電源的工作效率,響應速度等參數達到最優(yōu)。反饋的作用就是當輸出端的電壓出現(xiàn)波動或受到一定干擾時,控制器可以及時的感知到,并作出適當的調節(jié),目的是將輸出電壓,快速的穩(wěn)定。理想的電源在面對擾動時應快速回到目標電壓值,做到穩(wěn)準快。

  下面是一款反擊式開關電源電路,100-240VAC輸入,14V 10A DC輸出的原理圖,現(xiàn)對原理圖中每個部分的原理說明如下.

  一.GBP410整流橋之前的電路.

  F1:保險管,電流過大時,保護電路。

  RT1:NTC熱敏電阻,負溫度系數,防止開關時產生的沖擊電流

  MOV1:壓敏電阻,抑制輸入電路的過壓

  L1:共模電感,用于EMC中的共模干擾

  CX1:X安規(guī)電容,用于濾除差模干擾

  R1,R2,R3,R4:濾波電路的放電阻,電阻串聯(lián)分壓,讓電阻兩端的電壓控制在耐壓范圍內.電阻并聯(lián),主要用于提高放電的電流,同時考慮電阻的功率.

  LF2:二級共模電感,CX2:X安規(guī)電容,用于濾除差模干擾

  二.GBP410整流橋之后的濾波電路

  1.整流橋GBP410兩個并聯(lián),為了擴流散熱用.

  2.C1,EC1,EC2,EC3為濾波電容

  3.L3為濾波電感,電感上并的電阻R5為,電感泄流回路,用于開關機時電感泄放電流.

  4.CY1,CY2為Y電容.(CY2在原理圖的右下下)

  三.WT6629開關電路部分

  1.D1,D2,R6,R10,C4組成RCD吸收電路,D6為TVS管,防止過高的尖峰電壓損壞電容C4,R6用于限制泄放電流,D1,D2并聯(lián),用于擴流散熱.

  2.Q1為開關管,C3,用于吸收漏感尖峰,RS1,RS2,RS3為電流采樣電阻,用于過流保護用.R21,C8組成RC濾波電路.為什么要用RS1,RS2,RS3三個并聯(lián),得一個奇怪的采樣的電阻呢?

  3.R24,R23,R22,T4,組成開關管的G極驅動,T4為Q1關斷時提供快速關斷通路,R24為關斷時限流電阻.R22為G極下拉電阻.

  4.WT6629的4PIN用于設置頻率 的,所以R25用于設置頻率,公式為:f=1560/R25(KR),并且這個阻值有范圍要求:24-31KR之間.

  5.WT6629的5PIN用于溫度檢測的,規(guī)格書沒有明確說明,但從表格中可以看出,0.8V為恢復電壓,那么0.65V,意思就是低于0.65V就動作,5PIN到地串聯(lián)的NTC電阻,溫度升高,阻值降低,電阻兩端的電壓下降,是符合的.

  6.原理圖中的VCC,為次級線圈變壓給WT6629供電,次級線圈經過D3半波整流,C6,EC4濾波,R7,R8為漏感泄放回路,D4,R15,EC5,C9再次RC濾波,D4為隔離二極管.7.R16與C5串聯(lián)再與D3并聯(lián),是為了吸收反向高壓,保護二極管,不然二極管容易被擊穿損壞.

  四. 整流輸出電路

  1.二極管U5,U4并聯(lián)后與后面電容組成半波整流濾波,兩個二極管并聯(lián)是為了擴流散熱,二極管上并的電容電阻是為了吸收反向電壓尖,反向電壓尖峰產生的原因是二極管的寄生電容和漏感震蕩引起。

  五.反饋回路

  1.WT431不是用于穩(wěn)壓,而是用作一個電壓門限開關,R28與R29分壓后接到431的R腳,R腳與內部的Vref進行比較,R26為光耦的限流,R27,R26同時給WT431供電.1)如果R腳的電壓高于2.5V時,比較器輸出高,三極管導通,K,A兩點短路,光耦PC817的1.2腳導通.2)如果R腳的電壓低于2.5V時,比較器輸出低,三極管斷開,K,A兩點開路,光耦PC817的1.2腳開路.開關電源是一種將交流電轉換為直流電的電力供應裝置,其工作原理是利用開關器件開關周期性地連接和斷開輸入電源,通過變換電路的拓撲結構和控制方式,實現(xiàn)對輸出電壓和電流的穩(wěn)定調節(jié)。

  反激式開關電源是其中一種常見的拓撲結構,其基本原理是實現(xiàn)通過開關器件和變壓器的周期性開關,將輸入電壓變換為所需的輸出電壓。

  2. 基本組成

  反激式開關電源主要由開關管、輸出電感、變壓器、濾波器、穩(wěn)壓控制電路和反饋電路等部分組成。

  2.1 開關管

  開關管是反激式開關電源中最基本的元器件之一,其作用是周期性地開關連接和斷開輸入電源。常用的開關管有MOSFET、IGBT等,其選擇應根據實際應用需求進行。

  2.2 輸出電感

  輸出電感是為了實現(xiàn)對輸出電流的濾波和穩(wěn)定而設置的,其主要作用是平滑輸出電流脈動。輸出電感通常由線圈和磁芯組成,常用的磁芯材料有鐵氧體、高性能磁性材料等。

  2.3 變壓器

  變壓器是反激式開關電源的核心元件之一,其主要作用是實現(xiàn)輸入和輸出電壓的變換,并提供電氣隔離。變壓器通常由鐵芯和線圈組成,其中線圈分為主線圈和輔助線圈,用于傳遞能量和實現(xiàn)反饋控制。

  2.4 濾波器

  濾波器用于過濾開關產生的高頻噪聲和諧波,以確保輸出電壓的穩(wěn)定性和紋波水平。常用的濾波器包括電容濾波器和電感濾波器,其結構和參數的選擇應根據實際需求進行。

  2.5 穩(wěn)壓控制電路

  穩(wěn)壓控制電路是為了實現(xiàn)對輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)而設計的,其主要部分包括反激電源控制芯片、反饋元件和誤差放大器等。穩(wěn)壓控制電路根據反饋信號來控制開關管的開關時間和頻率,以維持輸出電壓的穩(wěn)定。

  2.6 反饋電路

  反饋電路用于采集和處理輸出電壓的反饋信號,并將其與參考電壓進行比較,以實現(xiàn)對輸出電壓的調節(jié)。反饋電路通常由反饋電阻、參考電壓源和誤差放大器等組成。

  3. 工作原理

  反激式開關電源的工作原理可以分為兩個周期:導通周期和關斷周期。

  3.1 導通周期

  在導通周期中,開關管處于導通狀態(tài),輸入電源的能量通過變壓器傳遞到負載上。當開關管導通時,電感儲存著輸入電流的能量,并將其傳遞到輸出端,此時輸出電壓上升。反激電源控制芯片通過比較輸出電壓和參考電壓的差異來產生控制信號,進而控制開關管的導通時間和頻率。

  3.2 關斷周期

  在關斷周期中,開關管處于關斷狀態(tài),輸入電源的能量不再傳遞到負載上。此時,電感中的儲能補償電容放電,輸出電壓開始下降。同時,儲能電感中的電能也通過輔助線圈反饋給控制芯片,用于控制開關管的導通時間和頻率。

  通過不斷地在導通周期和關斷周期之間切換,反激式開關電源實現(xiàn)了將輸入電壓轉換為所需的穩(wěn)定輸出電壓。

  4. 設計要點

  設計反激式開關電源時,需要注意以下幾個關鍵要點:

  4.1 穩(wěn)壓控制

  穩(wěn)壓控制是提高反激式開關電源性能的關鍵之一。穩(wěn)壓控制電路應具備快速響應、高精度和穩(wěn)定性強等特點。常見的穩(wěn)壓控制方式包括固定頻率PWM控制和變頻脈寬調制控制。

  4.2 輸出電感和濾波器設計

  輸出電感和濾波器的設計直接影響反激式開關電源的輸出性能。輸出電感應具備足夠的電感值以減小輸出電流脈動,而濾波器則應具備合適的參數以降低紋波水平。

  4.3 變壓器設計

  變壓器設計是反激式開關電源設計中的關鍵環(huán)節(jié),它關系到輸出電壓和電流的變換效率和穩(wěn)定性。變壓器的設計應根據具體需求確定主線圈和輔助線圈的匝數比、線徑和磁芯參數等,并進行合理的嚴格計算。

  4.4 開關管選擇和驅動設計

  開關管的選擇應考慮其導通電阻、損耗和開關能力等因素,以滿足輸出電流和頻率的要求。開關管的驅動電路應具備合理的波形和功率,以確保開關管的穩(wěn)定工作。

  4.5 反饋電路設計

  反饋電路的設計關系到穩(wěn)壓控制的準確性和穩(wěn)定性,通常采用電阻分壓或電流取樣等方式進行,應具備高精度和抗干擾能力。

  5. 總結

  反激式開關電源是一種常用的開關電源設計方案,具有高效率、小尺寸和高可靠性等優(yōu)點。通過合理的設計和優(yōu)化,可以實現(xiàn)對輸入電壓的變換和對輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)。設計反激式開關電源時應注意穩(wěn)壓控制、輸出電感和濾波器設計、變壓器設計、開關管選擇和驅動設計以及反饋電路設計等關鍵要點,以確保開關電源的性能和穩(wěn)定性。


標簽: 接近開關

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