开关电源转换方案解析

一、开关电源简介

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

二、开关电源的基本组成

开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。

1、主电路

冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。

输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。

整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。

逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。

输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

2、控制电路

一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3、检测电路

提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

4、辅助电源

实现电源的软件(远程)启动，为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。

三、开关电源的工作原理

开关电源的电压转换，是由开关晶体管、脉冲变压器等组成的脉冲振荡器，产生脉冲电，将300V的直流电经脉冲变压器的次级变换成所需要的电压。电原理如图2所示。

1、脉冲振荡器的工作原理

1)脉冲振荡器的启动

电源经R10、R10A、R15给Q3(三极管)的b极(基极)、e极(发射极)提供正向偏置电压，强迫Q3进入导通状态。

2)脉冲振荡器的振荡过程

当Q3进入导通状态后，+Vc就会经脉冲变压器的初级线圈、Q3的c极、e极、R15到电源的-Vc，此时脉冲变压器的次级线圈就会产感应电势，次级线圈的一端接在-Vc，另一端经R12、C8接到Q3的b极，且感应电势的极性与初级线圈的自感电势是同极性的(图中初次极线圈的上端均为同名端)，便得Q3的b极得到更大的基极电流，加速Q3的导通直至Q3进入饱和状态。电路如图3所示。

当Q3饱和后，Ic不再变化，波形如图4中t0到t3。经过t3到t4的饱和过程后，自感电势、感应电势的极性会随其反转，即上负下正。次极线圈中这个反转后的电势，正极经R15加在Q1的e极，负极经R12、C8加在Q3的b极，使得Q3处于反向偏置，促使Q3快速地从饱和状态过度到截止状态，图中t4到t6。Q3截止后，通过D8、R17、C7组成的吸收电路很快地将初极线圈中所产生的反向电势以及反向电流吸收掉，图中t6到t7。完成了一个振荡周期。之后振荡电路就会周而复始重复上述过程。

脉冲振荡器的频率由C8和所接的次极线圈的电感量所决定。

2、输出电压的调节

电路如图2 。IC1是一个精密基准稳压电源，当被检测到输出+5V电压偏高(或偏低)时，通过光偶合器P421中的发光管照度加强(或减弱)，光敏管内阻下降(或上升)而电流增大，引起Q4的c极电流增强(或减弱)，从而多分流(或少分流)掉Q3b极中一部分电流，使Q3延后(或提前)导通。使得图4中t1到t3延后(或提前)，从而引起波形在t2到t5之间的时间变短(或变长)，最终使脉冲的宽度发生宽窄的变化，进而引起输出电压下降(或上升)，以保证输出电压的稳定。

3、开关电源的输出

开关电源的一级电压输出有两路：一路经D9半波整流及C29的滤波，得到一个输出为15V的电压输出。另一路经D10的半波整流及C11、C12、L1、R88的滤波、Z06的稳压后，得到一个输出为5V的稳定电压输出。

四、开关电源的用途

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。