明偉12V開關(guān)電源電路原理分析

開關(guān)電源屬于小功率開關(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,具有過流、欠壓等保護控制功能,最高工作頻率可達500MHz.啟動電流僅需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電壓(+2.5V)進行比較,產(chǎn)生誤差控制電壓,控制脈沖寬度。(6)腳過流檢測輸入端,當(dāng)接人的電壓高于1V時,禁止驅(qū)動脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC定時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)部基準電壓(VREF=5v)輸出端。

  圖1 開關(guān)電源原理圖

  一、輸入與整流電路

  220V交流市電經(jīng)O.IA保險管Fl及正溫度系數(shù)熱敏電阻PT1進入交流輸入電路,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)中高頻干擾脈沖進入開關(guān)電源電路,叉阻止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻干擾諧波進入市電網(wǎng)。

  經(jīng)過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)開關(guān)變壓器初級線圈后作為功率開關(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的啟動電源。

二、啟動與穩(wěn)壓電路

  經(jīng)整流濾波的300V電壓:一路經(jīng)開關(guān)變壓器Tl的1~2繞組加到功率開關(guān)管Ql(K3326)的漏極,另一路經(jīng)啟動電阻R2加到U1(TL3843)的(7)腳,作為主控制芯片TL3843P的啟動電源。在電路加電的瞬間300V通過R2對C4進行充電,當(dāng)Ul的(7)腳電壓達到10V以上時,Ul的(8)腳輸出5v基準電壓,同時TL3843P內(nèi)部的振蕩電路開始工作,(6)腳輸出工作脈沖,通過R4驅(qū)動開關(guān)管01工作,這時開關(guān)管工作于開關(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,開關(guān)變壓器Tl的(1)一(2)繞組有高頻脈沖電流流過。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),輸出作為負載的直流電壓12V.

  穩(wěn)壓電路由精密可調(diào)基準電壓集成器件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。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,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)部自動控制電路的作用,自動將(6)腳輸出的脈沖寬度調(diào)窄,使開關(guān)管01的導(dǎo)通時間縮短,從而使電源輸出的電壓自動降低。當(dāng)輸出12V電壓變低時,其穩(wěn)壓過程與上述正好相反。

  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,可以在負載加重的情況下,使振蕩頻率降低,直至停振。當(dāng)負載加重到過載時。UI的(1)腳平均電位增高,進而使C8正極電位升高,當(dāng)C8正極電位升高到接近4.4V時,02的工作狀態(tài)由飽和狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡,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,從而起到負載短路保護的作用。

  三、保護電路

  1.功率管的保護:該保護電路由Rl、C14、D1、R3組成,接在Tl的(1)-(2)繞組間。由于開關(guān)管Ql交替工作在飽和導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)之間,當(dāng)開關(guān)管由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時,在(1)-2)繞組之間會產(chǎn)生瞬間反向尖峰電壓,如果沒有泄放電路,功率管的漏(D)源(s)極很可能會被擊穿。通過該保護電路可以將反向尖峰電壓釋放掉,從而起到保護功率管的作用。

  2.過流保護:電路由R12、R10組成,當(dāng)功率管的電流突然增大時,電阻R12非對地端電壓升高,該電壓經(jīng)R10加到Ul的(3)腳,當(dāng)電壓高于1V時,內(nèi)部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖,使Q1截止。


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