8大常見開關電源電路解析

開關電源的電路組成

開關電源的主要電路是由輸入電磁幹擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。

開關電源的電路組成方框图如下:

輸入電路的原理以及常見的電路

（1）AC輸入整流濾波電路原理：

①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。

②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对 C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

③整流濾波電路：交流電壓經BRG1整流後，經C5濾波後得到較爲純淨的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

（2）DC輸入濾波電路原理：

①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。

② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于 C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使 Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。

功率變換電路

（1） MOS管的工作原理：

目前应用最广泛的绝缘栅場效應管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。

（2）常見的原理圖：

（3）工作原理：

R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關MOS管並接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易産生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。

當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷。R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁幹擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。

Q1的柵極受控電壓爲鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場複位的目的，爲變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了准備。IC根據輸出電壓和電流時刻調整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩定了整機的輸出電流和電壓。C4和R6爲尖峰電壓吸收回路。

（4）推挽式功率變換電路：

Q1和Q2將輪流導通。

（5）有驱动变压器的功率變換電路：

T2爲驅動變壓器，T1爲開關變壓器，TR1爲電流環。

輸出整流濾波電路

（1） 正激式整流电路

T1爲開關變壓器，其初極和次極的相位同相。D1爲整流二極管，D2爲續流二極管，R1、C1、R2、C2爲削尖峰電路。L1爲續流電感，C4、L2、C5組成π型濾波器。

（2）反激式整流電路：

T1爲開關變壓器，其初極和次極的相位相反。D1爲整流二極管，R1、C1爲削尖峰電路。L1爲續流電感，R2爲假負載，C4、L2、C5組成π型濾波器。

（3）同步整流電路：

穩壓環路原理

（1）反饋電路原理圖：

（2）工作原理：

当输出 U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1③脚电压升高，当其超过U1②脚基准电压后 U1①脚输出高电平，使Q1导通，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变U1⑥脚输出占空比减小，U0降低。当输出 U0降低时，U1③脚电压降低，当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平，Q1不导通，光耦OT1发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842①脚电位升高，从而改变U1⑥脚输出占空比增大，U0降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。

反饋環路是影響開關電源穩定性的重要電路。如反饋電阻電容錯、漏、虛焊等，會産生自激振蕩，故障現象爲：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩定等。

短路保護電路

（1）在輸出端短路的情況下，PWM控制電路能夠把輸出電流限制在一個安全範圍內，它可以用多種方法來實現限流電路，當功率限流在短路時不起作用時，只有另增設一部分電路。

（2）短路保護電路通常有两种，下图是小功率短路保護電路，其原理简述如下：

當輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導通，UC3842①腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基准，使之導通，UC3842⑦腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作後①腳電位消失，TL431不導通UC3842⑦腳電位上升，UC3842重新啓動，周而複始。當短路現象消失後，電路可以自動恢複成正常工作狀態。

（3）下图是中功率短路保護電路，其原理简述如下：

当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1 ③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给 C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时 U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842 停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。

（4）下图是常见的限流、短路保護電路。其工作原理简述如下：

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。

（5）下圖是用電流互感器取樣電流的保護電路，有著功耗小，但成本高和電路較爲複雜，其工作原理簡述如下：

輸出端限流保護

上图是常见的輸出端限流保護电路，其工作原理简述如上图：当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电压，Q1导通，光耦发生光电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压降低，从而达到输出过载限流的目的。

輸出過壓保護電路的原理

輸出過壓保護電路的作用是：當輸出電壓超過設計值時，把輸出電壓限定在一安全值的範圍內。當開關電源內部穩壓環路出現故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現象時，過壓保護電路進行保護以防止損壞後級用電設備。應用最爲普遍的過壓保護電路有如下幾種：

（1）可控矽觸發保護電路：

如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保護電路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。

（2）光電耦合保護電路：

如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极的电导通， 3842的③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复始。

（3）輸出限壓保護電路：

輸出限壓保護電路如下圖，當輸出電壓升高，穩壓管導通光耦導通，Q1基極有驅動電壓而導通，UC3842③電壓升高，輸出降低，穩壓管不導通，UC3842③電壓降低，輸出電壓升高。周而複始，輸出電壓將穩定在一範圍內（取決于穩壓管的穩壓值）。

（4）輸出過壓鎖死電路：

圖A的工作原理是，當輸出電壓Uo升高，穩壓管導通，光耦導通，Q2基極的電導通，由于Q2的導通Q1基極電壓降低也導通，Vcc電壓經R1、Q1、R2使Q2始終導通，UC3842③腳始終是高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1③腳電壓升高，①腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1①腳始終輸出高電平Q1始終導通，UC3842①腳始終是低電平而停止工作。正反饋？

功率因數校正電路（PFC）

（1）原理示意圖：

（2）工作原理：

輸入電壓經L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經R1、R2分壓後送入PFC控制器作爲輸入電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，即改變Q1的導通和關斷時間，穩定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導通時儲存能量，在Q1關斷時釋放能量。D1是啓動二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送後級電路，另一路經R3、R4分壓後送入PFC控制器作爲PFC輸出電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，穩定PFC輸出電壓。

輸入過欠壓保護

（1）原理圖

（2）工作原理：

AC输入和DC输入的开关电源的輸入過欠壓保護原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。