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开关电源之功率转换电路——打开开关电源的第四扇大门

 我爱你文摘 2018-04-28
  • 在前面的电路中我对开关电源的基本情况和电源输入部分做了介绍(开关电源),今天就开关电源的主要部分---功率变换部分做一讲解。这个功率变换指的是将直流DC(整流后300v)-交流AC-直流DC(输出)。这是开关电源的中心部分。这个环节的主要部件:开关变压器、MOS管2SK2850开关管、PWM控制器UC3842、PC817稳压反馈光耦、尖峰脉冲保护二极管、输出整流二极管、滤波电容和电感,以及其它用于限流、分压的电阻,用于滤波、保护的电容等。电路板如下图所示

开关电源之功率转换电路——打开开关电源的第四扇大门

图一 开关电源电路板

开关电源之功率转换电路——打开开关电源的第四扇大门

图二 开关电源之输入电源

开关电源之功率转换电路——打开开关电源的第四扇大门

图三 开关电源之功率变换电路

  • 各元件的作用

  1. 开关变压器:作用储能、变换电压、为UC3842提供电能、反馈稳压信号;这个元件是很容易识别的,由于是高频电流因此体积比工频变压器要小;其储能作用,这个好理解,同所有电感一样,当电流减小时,自感电动势阻碍其减小,当电流增加时自感电动势阻碍其增加;变压功能是将初级的电能耦合到次级,取得合适的输出电压(一路是输出,一路是为控制电路提供电压)。需要指出的是开关电源有反激式、正激式,指的就是开关变压器初级、次级之间的关系。正激式开关电源初级导通时,次级也导通,反激式初级截止时次级导通,本例就是反激式开关电源。

  2. 开关管2SK2850:开关电源的“开关”就是依赖于这个管子。它是属于电压控制型元件;通过其打开、截止控制开关变压器初级线圈内的电流变化,就像阀门一样控制水流;当其打开时,相当于短路,其压降极小,当其闭合时,相当于短路,漏电流极小;这是其工作时的重要特点。不过也是开关电源中较为容易损坏的元件,一般开关电源如果纯粹没有输出电压的时候,这个管子损坏的几率比较大。开关管可以有多种形式的,比如三极管也行,但必须是高频管子,本例的开关管属于MOS管子。

  3. PWM控制器UC3842。功能:第一,控制开关管的开关,如果把开关管比作阀门,那么这个元件就相当于一个负责打开或关闭阀门的负责人,就是这个管子输出高、低脉冲电压控制开关管的导通、截止;其二接收输出反馈信号适时的调整占空比;两个功能结合起来就是根据输出电压的变化及时的控制开关管的开关时间,达到了调整电压、稳定电压的目的。该集成电路是由美国尤尼创公司生产的一种高性能电流控制型脉宽调制芯片,具有引脚数量少、外围电路简单、安装调试简便,性能优良等诸多优点。有8脚和14脚的,本电路为8脚的。其内部集成了振荡器等多种电路,7脚外接电源电压,工作电压值10+-36v。6脚为输出接开关管栅极,其采用单端推挽输出,可以直接驱动MOS管、三极管。为了限制流过控制器的峰值电流的大小,应当在控制器的输出端和功率管之间假如限流电阻。2脚为负反馈输入端;3脚为电流反馈输入端,5脚接地;4脚接外接定时电容。其它内部结构我们不需要研究太深,太深了也无妨,有兴趣的朋友可以继续研究。需要指出的是,作为控制元件有许多种,UC3842只是其中之一,其它类似元件与其功能大同小异,掌握了这个研究其它也是很容易的。

  4. PC817稳压反馈光耦。功能:稳压反馈。光耦以光为媒介传输电信号,对输入输出电信号具有良好的隔离作用,传输具有单向性,输出信号不会影响输入端,输入端与输出端可以完全实现隔离,因此其具有良好的电绝缘性能与抗干扰能力。光耦种类非常多,这个电路用的是PC817,在许多电路中能够看到它。当然也有其它反馈方式,目的都是一致的,都是通过输出电压的变化反馈回输入控制电路,及时改变占空比达到稳压效果。

  5. 尖峰脉冲保护。由于变压器是感性元件,在开关管截止瞬间,其集电极(漏极)上产生的反峰峰值电压,经C1、R1构成充电回路,充电电流使尖峰电压被抑制在一定范围内,避免开关管击穿。注意二极管方向,这个原理很简单,电路截止时,产生的自感电动势下正上负,二极管导通,电压释放。

  6. TL431型可调式精密并联稳压器。有三个极;阴极、阳极、参考端,其作用是控制通过光耦的电流,从而控制UC3842的脉宽。它的电压取至输出端,由取样电阻获得。

  7. 输出电路:由整流二极管、滤波电容、电感等组成。这个就是典型的整流电路,但与工频整流不同的是,二极管使用的是肖特基类型的,恢复时间纳秒级,普通二极管不行,这一点特别应注意,损坏以后不能随便更换。

    开关电路形式非常多,所采用的电子元件也不同,以上仅是一个例子,弄懂原理,学习其它开关电路原理也不困难。

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