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12V開關電源電路工作原理分析

鉅大LARGE  |  點擊量:228次  |  2020年05月15日  

摘要
該開關電源屬于小功率開關電源,輸入220V交流市電,輸出12V直流電,最大輸出電流1.3A,主要應用于小型設備的供電,比如樓宇監控設備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調制集成電路TL3843P(內含振蕩器、脈寬調制 ...

該開關電源屬于小功率開關電源,輸入220V交流市電,輸出12V直流電,最大輸出電流1.3A,重要應用于小型設備的供電,比如樓宇監控設備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調制集成電路TL3843p(內含振蕩器、脈寬調制比較器、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)腳是內部誤差放大器的輸出端,通常與(2)腳之間有反饋網絡,確定誤差放大器的增益。(2)腳是反饋電壓輸入端,作為內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,出現誤差控制電壓,控制脈沖寬度。(6)腳過流檢測輸入端,當接人的電壓高于1V時,禁止驅動脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC按時電阻和電容的公共接人端,用于出現鋸齒振蕩波。(5)腳為接地端。(6)腳為脈寬可調脈沖輸出端。(7)腳為工作電壓輸入端(10V>Vi≤30V)。(8)腳為內部基準電壓(VREF=5v)輸出端。


圖1開關電源原理圖


一、輸入與整流電路


220V交流市電經O.IA保險管Fl及正溫度系數熱敏電阻pT1進入交流輸入電路,交流輸入電路由Cl和L構成,為一低通濾波器。其重要用途是抗干擾、抑制雜波。它既阻止市電網中高頻干擾脈沖進入開關電源電路,叉阻止開關電源出現的高頻干擾諧波進入市電網。


經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。該電壓經開關變壓器初級線圈后作為功率開關管Ql的工作電源;經R2到電容C4作為脈寬調制集成電路TL3843p的啟動電源。


二、啟動與穩壓電路


經整流濾波的300V電壓:一路經開關變壓器Tl的1~2繞組加到功率開關管Ql(K3326)的漏極,另一路經啟動電阻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內部的振蕩電路開始工作,(6)腳輸出工作脈沖,通過R4驅動開關管01工作,這時開關管工作于開關狀態。工作頻率重要由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。由于交流互感的用途,變壓器其他繞組也出現不同電壓的交流電,其中(3)一(4)繞組經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穩定可靠地工作。Tl的(5)一(6)繞組經D3整流,C12、Ll和Cll組成濾波網絡,輸出作為負載的直流電壓12V.


穩壓電路由精密可調基準電壓集成器件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R16與電位器R13及電阻R18分壓后加到U3的(1)腳。當由于某種原因導致輸出12V電壓升高時。U3的(1)腳電壓升高,(3)腳的電壓降低,導致光耦合器U2內部發光二極管的亮度增強,內部光電三極管導通或飽和導通,將Ul內誤差放大器的輸出電壓拉低(甚至為Ov),經內部自動控制電路的用途,自動將(6)腳輸出的脈沖寬度調窄,使開關管01的導通時間縮短,從而使電源輸出的電壓自動降低。當輸出12V電壓變低時,其穩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C8正極電位升高到接近4.4V時,02的工作狀態由飽和狀態向截止狀態過渡,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用途。


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。由于開關管Ql交替工作在飽和導通與截止狀態之間,當開關管由飽和導通變為截止狀態時,在(1)-2)繞組之間會出現瞬間反向尖峰電壓,假如沒有泄放電路,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用途。


2.過流保護:電路由R12、R10組成,當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R10加到Ul的(3)腳,當電壓高于1V時,內部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖,使Q1截止。


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