工程師不可不知的開(kāi)關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)（一）

一、12V開(kāi)關(guān)電源電路原理分析

該開(kāi)關(guān)電源屬于小功率開(kāi)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(guò)流、欠壓等保護(hù)控制功能，最高工作頻率可達(dá)500MHz.啟動(dòng)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(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。(6)腳過(guò)流檢測(cè)輸入端，當(dāng)接人的電壓高于1V時(shí)，禁止驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC定時(shí)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。

圖1 開(kāi)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(xiǎn)管Fl及正溫度系數(shù)熱敏電阻PT1進(jìn)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(jìn)入開(kāi)關(guān)電源電路，叉阻止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻干擾諧波進(jìn)入市電網(wǎng)。

經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈后作為功率開(kāi)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(dòng)電源。

二、啟動(dòng)與穩(wěn)壓電路

經(jīng)整流濾波的300V電壓：一路經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器Tl的1~2繞組加到功率開(kāi)關(guān)管Ql(K3326)的漏極，另一路經(jīng)啟動(dòng)電阻R2加到U1(TL3843)的(7)腳，作為主控制芯片TL3843P的啟動(dòng)電源。在電路加電的瞬間300V通過(guò)R2對(duì)C4進(jìn)行充電，當(dāng)Ul的(7)腳電壓達(dá)到10V以上時(shí)，Ul的(8)腳輸出5v基準(zhǔn)電壓，同時(shí)TL3843P內(nèi)部的振蕩電路開(kāi)始工作，(6)腳輸出工作脈沖，通過(guò)R4驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管01工作，這時(shí)開(kāi)關(guān)管工作于開(kāi)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(kāi)關(guān)變壓器Tl的(1)一(2)繞組有高頻脈沖電流流過(guò)。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(shí)。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(qiáng)，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(dòng)控制電路的作用，自動(dòng)將(6)腳輸出的脈沖寬度調(diào)窄，使開(kāi)關(guān)管01的導(dǎo)通時(shí)間縮短，從而使電源輸出的電壓自動(dòng)降低。當(dāng)輸出12V電壓變低時(shí)，其穩(wěn)壓過(guò)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(guò)載時(shí)。UI的(1)腳平均電位增高，進(jìn)而使C8正極電位升高，當(dāng)C8正極電位升高到接近4.4V時(shí)，02的工作狀態(tài)由飽和狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過(guò)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(hù)的作用。

三、保護(hù)電路

1.功率管的保護(hù)：該保護(hù)電路由Rl、C14、D1、R3組成，接在Tl的(1)-(2)繞組間。由于開(kāi)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(kāi)關(guān)管由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時(shí)，在(1)-2)繞組之間會(huì)產(chǎn)生瞬間反向尖峰電壓，如果沒(méi)有泄放電路，功率管的漏(D)源(s)極很可能會(huì)被擊穿。通過(guò)該保護(hù)電路可以將反向尖峰電壓釋放掉，從而起到保護(hù)功率管的作用。

2.過(guò)流保護(hù)：電路由R12、R10組成，當(dāng)功率管的電流突然增大時(shí)，電阻R12非對(duì)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(shí)，內(nèi)部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖，使Q1截止。

二、GP02開(kāi)關(guān)電源的電路分析

GP02開(kāi)關(guān)電源屬于自激間歇振蕩電源，該電源采用三肯公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源專用集成電路 STR - X6759N 和STR-V152。該系列集成電路組成的開(kāi)關(guān)電源具有電源電壓適應(yīng)范圍寬，能在 150V~260V交流電壓范圍內(nèi)正常工作。輸出功率大，可提供 150W以上的功率。該開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)有過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓保護(hù)電路，一旦開(kāi)關(guān)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(guò)高，或負(fù)載過(guò)重導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源過(guò)流，設(shè)計(jì)在集成塊內(nèi)部的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路便會(huì)立即啟動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)電源停止工作，有效避免故障范圍擴(kuò)大。

根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和作用，該開(kāi)關(guān)電源可分為進(jìn)線濾波和整流濾波電路、主開(kāi)關(guān)電源電路、副開(kāi)關(guān)電源電路三大部分。

1.進(jìn)線濾波和整流濾波電路

長(zhǎng)虹GP02開(kāi)關(guān)電源采用三級(jí)進(jìn)線濾波器。第一級(jí)進(jìn)線濾波器由L801 、C860、C861、C862,組成。交流 220V電壓經(jīng)延遲保險(xiǎn)絲FU801加在第一級(jí)進(jìn)線濾波器上。在第一級(jí)進(jìn)線濾波器中， L801 的作用是對(duì)電網(wǎng)中的對(duì)稱性干擾進(jìn)行濾波。由于L801兩個(gè)繞組方向相同，流入兩個(gè)繞組的電流方向始終相反，故由市電進(jìn)入的對(duì)稱干擾產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向始終相反，互相抵消。對(duì)于非對(duì)稱干擾，則由接在 L801兩端的電容 C860、C861、C862與 L801組成的兩個(gè)л型低通濾波器進(jìn)行濾除。

220V 交流電經(jīng)第一級(jí)進(jìn)線濾波器濾除通過(guò)電網(wǎng)串入的對(duì)稱性和非對(duì)稱性干擾后，再進(jìn)入由 C863、C8864、L802 組成的第二級(jí)進(jìn)線濾波器進(jìn)行濾波。第二級(jí)進(jìn)線濾波器的電路結(jié)構(gòu)與第一級(jí)完全相同。第三極濾波由T804、T805組成。GP0開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)多級(jí)進(jìn)線濾波器的目的是增強(qiáng)開(kāi)關(guān)電源的抗干擾能力，提高電視機(jī)的電磁兼容性。

在進(jìn)線濾波器中， C860、C861 串聯(lián)后，中點(diǎn)接在冷地上，目的是使電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源第一級(jí)進(jìn)線濾波器的高頻地電位與整機(jī)冷地高頻地電位相等，防止電視機(jī)中的高頻脈沖信號(hào)通過(guò)接地回路對(duì)電視機(jī)本身造成干擾。

進(jìn)線濾波電路中的RP801為壓敏電阻，其特性是當(dāng)加在電阻兩端的電壓高到一定程度時(shí)，電阻就會(huì)擊穿短路，電阻擊穿短路后，接在電阻前面的保險(xiǎn)絲FU801就會(huì)熔斷，從而有效避免市電過(guò)高導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源過(guò)壓損壞。所以，在電路中，通常將RP801稱之為過(guò)壓保護(hù)電阻。

從電路結(jié)構(gòu)上看，進(jìn)線濾波器的第一、二級(jí)接在保險(xiǎn)絲FU801的后面，橋式整流濾波電路中的前面。220V交流電通過(guò)保險(xiǎn)絲FU801、第一、二級(jí)進(jìn)線濾波器輸往橋式整流濾波電路。因此，進(jìn)線濾波器出故障，應(yīng)當(dāng)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(jī)在使用過(guò)程中，對(duì)其它電器設(shè)備造成干擾;三是造成電源保險(xiǎn)絲FU801熔斷。所以，檢修GP02開(kāi)關(guān)電源故障時(shí)，只有出現(xiàn)FU801熔斷故障，才對(duì)進(jìn)線濾波電路進(jìn)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(duì)交流220V電壓進(jìn)行整流濾波。在圖1所示電路中，電源開(kāi)關(guān)一旦接通，交流220V電壓經(jīng)進(jìn)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(jìn)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(jīng)T801(1)-(3)繞組和T802(1)-(3)繞組加到IC801的(1)腳，作為IC801內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的工作電壓;另一路經(jīng)T806(1)-(3)繞組加在IC800(1)腳，作為IC800內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的工作電壓。