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        多路輸出開關(guān)電源原理分析

        2021-10-09 07:18:41馬思源
        科技信息·學(xué)術(shù)版 2021年13期

        馬思源

        摘要:本文簡述了一種多路輸出的開關(guān)電源的工作原理。著重介紹了輸入、半橋逆變與脈寬調(diào)制部分電路的組成及電壓電流信號在電源內(nèi)部傳遞的過程。為未來多路輸出的開關(guān)電源發(fā)展提供了一種清晰的思路,對同類開關(guān)電源的設(shè)計有一定的借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:開關(guān)電源;半橋逆變;脈寬調(diào)制;多路輸出

        1.引言

        早期人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)多電源同時供電的需求,往往采取多個單端同時供電,雖然供電的目的實現(xiàn)了,卻也面臨著如下問題:

        ①各個開關(guān)電源的工作頻率如果不統(tǒng)一,會引入拍頻干擾;

        ②被廣泛使用的電源,由于當(dāng)時電源效率不高,帶來很大的能源浪費(fèi);

        ③多個電源同時操作,既加大了操作難度,也增加了操作調(diào)試時間。

        因此,人們才想到使用單個變換器實現(xiàn)多路輸出的要求,才有了今天多路輸出的開關(guān)電源的發(fā)展。本文介紹的只是其中一種多路輸出開關(guān)電源。

        2.多路輸出開關(guān)電源的基本工作原理

        (2)原理分析:

        此電源采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主要由輸入、半橋逆變及脈寬調(diào)制電路和輸出三部分組成。

        ①輸入部分

        輸入部分包括交流整流濾波電路和待機(jī)電源電路。

        整流濾波電路,其主要功能是將220V的交流電壓經(jīng)過整流濾波變成300V的直流電壓。其信號的變化過程是:首先220V交流電壓信號經(jīng)由濾波器Z1先濾除一些雜波信號,再經(jīng)過保險絲F1和接插件(XP1-XS1)引入電源主板,信號一分為二,其一直接通過插針(XS2)給外部整機(jī)提供初步濾波后的220V交流電壓信號,其二經(jīng)由R1、R2組成的二次濾波電路濾除雜波信號,再經(jīng)過C1、L1、C2、C36、C3、C3組成的三次濾波的CLC(л型)濾波電路進(jìn)一步濾除高頻和低頻的一些雜波信號,之后經(jīng)由V1整流橋堆對濾波后的電壓信號進(jìn)行整流讓其變成300V的直流電壓。

        待機(jī)電源電路,其中不僅供給輸出,也給脈寬調(diào)制器供電。由火零線引入的220V交流電壓信號經(jīng)過T4待機(jī)變壓器先進(jìn)行電壓變換將電壓由220V變換成11V左右交流電壓信號,經(jīng)過橋式整流器V6的全波整流將其轉(zhuǎn)化為15V的直流電壓,信號一分為二,其一為PWM脈寬調(diào)制器的供電引腳13、15提供15V的直流電壓,其二經(jīng)過V7穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓變換將其變化為12V左右的穩(wěn)定直流電壓輸出,這就是12VS待機(jī)電壓的輸出原理。

        ②半橋逆變及脈寬調(diào)制電路部分

        半橋逆變及脈寬調(diào)制電路部分主要包括半橋逆變電路、脈寬調(diào)制電路、電壓反饋電路。

        半橋逆變電路,半橋逆變電路由分壓電容C5,C6,開關(guān)管V2,V3及高頻變壓器T1和整流電路組成。輸入交流電壓220V經(jīng)整流橋堆V1可得脈動的直流電壓,經(jīng)過高壓電容C5,C6與 C7,C8,R4,R5組成的RC串并聯(lián)濾波電路可得到近310V的直流電壓供兩只功率管V2,V3工作使用。高頻變壓器T1接在V2,V3和C5,C6的中點上,電路工作時高頻變壓器T1的一次繞組(16-15)將得到頻率為0.0463Hz的方波電壓。(其中方波電壓的頻率=0.5*f(osc),而f(osc)來自脈寬控制器N1 產(chǎn)生的振蕩頻率,可由公式f(osc)=1/(CT*(0.7*RT+3*RD))估算,由電路可知CT為C14,RT為R13,RD為R12,將其代入公式可得f(osc)=0.0926Hz,故方波電壓頻率為0.0463Hz)。R10,C10組成了一次繞組(16-15)的吸收回路,用以吸收T1漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖,同時改變V2,V3關(guān)斷時的伏安特性,從而減少關(guān)斷損耗。

        脈寬調(diào)制電路由脈寬控制器芯片(SG3525AN)提供一對相位互補(bǔ)的脈沖(分別由其11腳和14腳輸出)交替控制功率開關(guān)管的通斷,將輸入整流濾波后的直流電壓變換為交變的脈沖電壓,經(jīng)高頻變壓器隔離變換,得到所需的電壓,再經(jīng)過開關(guān)整流管的全波整流,輸出濾波電路平滑成低紋波的直流輸出電壓。

        電壓反饋電路主要通過主路的電壓反饋來調(diào)節(jié)脈寬調(diào)試芯片的11腳和14腳輸出占空比,從而控制功率開關(guān)管的工作狀態(tài)。開機(jī)信號通過控制脈寬調(diào)制電路完成電源通斷。

        為了得到穩(wěn)定的輸出電壓,還需將主路電壓進(jìn)行取樣、比較放大,來控制脈寬調(diào)制器芯片的脈沖寬度從而實現(xiàn)電路的穩(wěn)壓功能。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化等原因引起電源的輸出電壓發(fā)生變化時,反饋電路將輸出電壓取樣后,與基準(zhǔn)電壓比較放大,生成誤差信號,從而改變脈寬調(diào)制器芯片的輸出脈寬,維持輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)出現(xiàn)過流、短路等故障時,保護(hù)電路動作,封鎖脈寬調(diào)制器輸出,從而關(guān)斷電源。

        ③輸出部分

        輸出部分包括隔離變壓器的變換電路及次級整流濾波和穩(wěn)壓電路。其主要功能是將隔離變壓器的交變電壓進(jìn)行整流濾波后輸出。

        3.結(jié)論

        本文綜述了一種多路輸出的開關(guān)電源的輸入、半橋逆變和脈寬調(diào)制部分的工作原理,為未來多路輸出的開關(guān)電源發(fā)展提供了一種清晰的思路,對同類開關(guān)電源的設(shè)計有一定的借鑒意義。

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