1、廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,USB充電器設(shè)計(jì)與制作多媒體課件,演講人: 張文輝,引入新課,電子設(shè)備都要求有很穩(wěn)定的直流電源供電。傳統(tǒng)的串聯(lián)型電源雖然技術(shù)成熟，并且有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，但通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器起隔離之用，濾波器的體積和重量也很大。而調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其功率調(diào)整管必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45左右。由于調(diào)整管上的功率消耗較大，需要采用大功率調(diào)整管并安裝很大的散熱器，這就難以滿足電子設(shè)備小型節(jié)能發(fā)展的要求。,解決方法就是采用開關(guān)電源方法。開關(guān)

2、電源重量輕、體積小、功耗小，效率高、機(jī)內(nèi)溫升低，提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，而且對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高。從而促進(jìn)了效率高的開關(guān)電源的迅速發(fā)展。,深圳市金佳佰業(yè)有限公司,手機(jī)充電器是指給手機(jī)等移動(dòng)數(shù)碼設(shè)備充電的設(shè)備，常見的有單口USB直充、帶線直充、多口USB直充、萬能充、座充、車充等。如下圖：,一、USB充電器簡介,1、USB充電器類型,一、USB充電器簡介,2、USB充電器參數(shù),輸入電壓范圍:,100-240V，車充12-24,輸入電壓范圍:,通常在4.2V、5V，快充9V/12V,輸入電流范圍:,通常在4.2V、5V，快充9V/12V,使用環(huán)境場合:,2000-5000M劃分，溫度

3、0至45度，濕度小于等于90%。,安規(guī)認(rèn)證:,CE認(rèn)證、中國CCC、美國UL FCC 歐盟,使用地區(qū)國家:,一、USB充電器簡介,2、充電器的分類,線性電源：,優(yōu)點(diǎn)：空載電壓較高，反應(yīng)較快，電壓穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小。,開關(guān)電源：,優(yōu)點(diǎn)：變換效率高，可高達(dá)70%-95% 。 1、功耗小 2、穩(wěn)定范圍寬 3、體積小，重量輕 。,缺點(diǎn)：電壓調(diào)整率差，變換效率低，只有35%-60%。存在變壓器和調(diào)整管功耗大。,缺點(diǎn)：電路比較復(fù)雜，輸出的紋波電壓較高（每一個(gè)開關(guān)周期有一個(gè)紋波），瞬態(tài)響應(yīng)較差，存在高頻干擾等。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用受到一定的限制。,空載4.2V的充電器：,充電器直接給電

4、池充電，手機(jī)只是提供了一個(gè)轉(zhuǎn)接的作用。,空載4.2V以上的充電器：,充電過程中的主體多了一個(gè)充電管理芯片（一般被集成在手機(jī)的電源管理芯片里）,一、USB充電器簡介,3、USB充電器基本框圖,輸入回路:,EMI電磁干擾濾波器、整流濾波電路、變壓器輸入、功率變換電路、啟動(dòng)電路、PWM控制器電路、過欠壓保護(hù)電路組成。,輸出回路:,變壓器輸出、整流濾波電路、過流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路等。,控制回路:,由低壓電子元器件組成。,輸入回路與輸出回路之間采用變壓器隔離，可實(shí)現(xiàn)高低電壓轉(zhuǎn)換， 又可以確保人身安全。,一、USB充電器簡介,2、USB充電器參數(shù),輸入電壓范圍:,100-240V，車充12-24,輸入

5、電壓范圍:,通常在4.2V、5V，快充9V/12V,輸入電流范圍:,通常在4.2V、5V，快充9V/12V,使用環(huán)境場合:,2000-5000M劃分，溫度0至45度，濕度小于等于90%。,安規(guī)認(rèn)證:,CE認(rèn)證、中國CCC、美國UL FCC 歐盟,使用地區(qū)國家:,二、USB充電器電路,1、USB充電器參數(shù),輸入電壓:,100-240V,二、USB充電器電路,1、USB充電器參數(shù),二、USB充電器電路,輸入電路,1、整流濾波電路,2、USB充電器電路原理圖 單端正激式電路,半波整流濾波: D1,C1組成。電壓U=300V。,2、啟動(dòng)電路,R2: 給Q1提供微導(dǎo)通電流。電壓U=0.070V。,3、P

6、WM控制器 (振蕩電路),R3,C2 組成正反饋電路: 給Q1提供飽和與截止電流。,4、功率變換,T1的L1,Q1,R1 組成。,二、USB充電器電路,輸出電路,1、整流濾波電路,L3,D8,C4組成,給負(fù)載提供電壓。,2、USB充電器電路原理圖 單端正激式電路,2、指示電路,R5, LED。,3、基準(zhǔn)電壓,R6, DZ1 組成: 基準(zhǔn)電壓與輸出電壓比較,給IC提供控制電壓。,二、USB充電器電路,控制保護(hù)電路,2、USB充電器電路原理圖 單端正激式電路,1、整流濾波電路,L2,D6,C3組成,給返饋提供電壓。,3、續(xù)流保護(hù)電路,D5或RC。Q1截止，在變壓器(1 2)產(chǎn)生感應(yīng)高電壓，為避免截

7、止期間感應(yīng)出的尖峰脈沖高壓擊穿Q1，在(1 2)繞組并聯(lián)尖峰脈沖吸收，以保護(hù)和改善Q1的開關(guān)特性。,2、過流保護(hù)電路,R1,Q2,R4,IC1,組成。,二、USB充電器電路,1、當(dāng)接通電源后，220V交流通過D2整流，C1濾波，通過電阻R2給Q1提供基極啟動(dòng)電流，使Q1開始微導(dǎo)通，其集電極電流Ic線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正、發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，通過C2和R3，送到Q1基極，使Q1迅速飽和；,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路,2、感應(yīng)電動(dòng)勢給C2充電，隨著C2電壓升高，Q1基極電位逐漸下降，Ic開始減小，L2感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)，發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，完成

8、一個(gè)振蕩周期，在Q1截止期間，在L3繞組感應(yīng)出一個(gè)5V左右的交流電壓；,二、USB充電器電路,3、C3逐漸放電，Q1基極電壓逐漸升高，從而開始第二個(gè)周期，不斷循環(huán)；,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路,5、Z1、IC1、Q2等組成取樣比較電路，檢查輸出電壓的高低。當(dāng)負(fù)載變輕或電源電壓升高等原因?qū)е螺敵鲭妷荷邥r(shí)，Z1擊穿，IC1發(fā)光二級管電流增大，IC1中光敏三極管電流增大,4、L3輸出電壓經(jīng)D6整流、C4濾波后通過USB座給負(fù)載供電。LED1和R5組成輸出指示電路；,二、USB充電器電路,7、當(dāng)負(fù)載變輕或者電源電壓變高等任何原因?qū)е螺敵鲭妷荷邥r(shí)，T1（3、4）、DZ1取樣比較導(dǎo)致

9、Q2導(dǎo)通，Q1基極電流減小，集電極電流減小，負(fù)載能力變小，從而導(dǎo)致輸出電壓降低；,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路,6、D6為L2繞組輸出電壓整流二極管，C2為濾波電容；,8、當(dāng)輸出電壓降低后，Q2取樣后又會截止，Q1的負(fù)載能力變強(qiáng)，輸出電壓又會升高；這樣起到自動(dòng)穩(wěn)壓作用。；,二、USB充電器電路,9、過流過載保護(hù)功能：當(dāng)負(fù)載過載或者短路時(shí)，Q1的集電極電流增大，Q1的發(fā)射極電阻R2上產(chǎn)生較高的壓降，這個(gè)過載或者短路產(chǎn)生的高電壓經(jīng)過R4讓Q2飽和導(dǎo)通，從而讓Q1截止，停止輸出，防止過載損壞；,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路,11、注意：R2改小將增大Q1燒壞的可能性。

10、如果需要大電流輸出，建議更換Q1為13003或者13007中大功率三極管；,10、因此，改變R2的大小，可改變負(fù)載能力。如果將輸出電流減小，可將R2改大。如果將輸出電流改大，可將R2改小；,二、USB充電器電路,二、USB充電器電路,1、當(dāng)負(fù)載變輕或者電源電壓變高等任何原因?qū)е螺敵鲭妷荷邥r(shí)，電壓超過5.8v時(shí)，DZ1擊穿，Q2的基極電壓升高，Q2導(dǎo)通。Q1的基極電壓立即釋放，Q1截止，輸出電壓越高，截止時(shí)間越長，限制了輸出電壓的升高，負(fù)載能力變小，從而導(dǎo)致輸出電壓降低；,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路(輸出控制),二、USB充電器電路,2、LD2是工作指示燈。它的工作原理是：當(dāng)

11、無外接負(fù)載時(shí)，電路處于空載狀態(tài)，R8上無電流流過，Q3的e-b結(jié)電壓基本相等，Q3截止，LD2(綠燈)不亮，有外接負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流在R8上產(chǎn)生的壓降，加載在Q3的e-b結(jié)上，使Q3正偏導(dǎo)通，LD2亮，表示正在充電。隨著電池不斷地充電，其充電電流逐漸減小，R8上的壓降也隨之減小，當(dāng)Q3的e-b結(jié)偏壓V3e-b小于07V時(shí)，Q3截止，LD2熄滅，表示電已充滿。,3、USB充電器控制電路原理 單端正激式電路(輸出控制),二、USB充電器電路,1、USB充電器參數(shù),輸入電壓:,100-240V,輸入電壓:,5V,輸入電流范圍:,200mA,。,二、USB充電器電路,1、當(dāng)接通電源后，220V交流通過D

12、2整流，C1濾波，通過電阻R2給Q1提供基極啟動(dòng)電流，使Q1開始微導(dǎo)通，其集電極電流Ic線性增長，在L2中感應(yīng)出使Q1基極為正、發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，通過C2和R3，送到Q1基極，使Q1迅速飽和；,4、USB充電器控制電路原理 單端反激式,2、同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢給C3充電，隨著C3電壓升高，Q1基極電位逐漸下降，Ic開始減小，L2感應(yīng)出使Q1基極為負(fù)，發(fā)射極為正的電壓，使Q1迅速截止，完成一個(gè)振蕩周期，在Q1截止期間，在L3繞組感應(yīng)出一個(gè)5V左右的交流電壓；,二、USB充電器電路,3、C3逐漸放電，Q1基極電壓逐漸升高，從而開始第二個(gè)周期，不斷循環(huán)；,4、USB充電器控制電路原理 單端反激式,

13、5、Z1、IC1、Q2等組成取樣比較電路，檢查輸出電壓的高低。當(dāng)負(fù)載變輕或電源電壓升高等原因?qū)е螺敵鲭妷荷邥r(shí)，Z1擊穿，IC1發(fā)光二級管電流增大，IC1中光敏三極管電流增大,4、L3輸出電壓經(jīng)D6整流、C4濾波后通過USB座給負(fù)載供電。LED1和R5組成輸出指示電路；,二、USB充電器電路,7、L2反饋繞組中的感應(yīng)電壓經(jīng)IC1中的光敏三極管到Q2基極，Q2基極電流增大，集電極電流增大，Q1基極電流減小，集電極電流減小，負(fù)載能力變小，從而導(dǎo)致輸出電壓降低。當(dāng)輸出電壓降低后，Q2取樣后又會截止，Q1的負(fù)載能力變強(qiáng)，輸出電壓升高，這樣起到自動(dòng)穩(wěn)壓作用；,4、USB充電器控制電路原理 單端反激式,6

14、、D6為L2繞組輸出電壓整流二極管，C2為濾波電容；,二、USB充電器電路,8、過流過載保護(hù)功能：當(dāng)負(fù)載過載或者短路時(shí)，Q1的集電極電流增大，Q1的發(fā)射極電阻R2上產(chǎn)生較高的壓降，這個(gè)過載或者短路產(chǎn)生的高電壓經(jīng)過R4讓Q2飽和導(dǎo)通，從而讓Q1截止，停止輸出，防止過載損壞；,4、USB充電器控制電路原理 單端反激式,10、注意：R2改小將增大Q1燒壞的可能性。如果需要大電流輸出，建議更換Q1為13003或者13007中大功率三極管；,9、因此，改變R2的大小，可改變負(fù)載能力。如果將輸出電流減小，可將R2改大。如果將輸出電流改大，可將R2改??；,二、USB充電器電路,三、開關(guān)電源電路,1、發(fā)光二極

15、管參數(shù),超高亮:,1.7V1.9V, 設(shè)計(jì)電流通常選為15mA,高亮:,1.6V1.8V，設(shè)計(jì)電流通常選為12mA,普亮:,1.4V1.7V，設(shè)計(jì)電流通常選為8mA,限流電阻的計(jì)算:,超高亮LED,5V工作，工作電流為8mA，導(dǎo)通壓降為1.7V,求限流電阻值,單色、雙色、三色:,紅+藍(lán)顯紫色光，紅+綠顯橙色光,紅+綠+藍(lán)顯白色光,驅(qū)動(dòng)器件的低電平輸出電壓,工作電流,三、開關(guān)電源電路,1、輸入電路,抑制電磁干擾(EMI):,電磁干擾(EMI)又叫噪聲干擾，要抑制EMI關(guān)鍵是噪聲濾波器的設(shè)計(jì)。,采用噪聲濾波器能有效地抑制電網(wǎng)中的噪聲進(jìn)入設(shè)備，也可以抑制設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染電網(wǎng)。,共模噪聲產(chǎn)生于相線與

16、大地之間。抑制外部的EMI信號傳入，又可以衰減線路自身工作時(shí)產(chǎn)生的EMI信號，能有效地降低EMI干擾強(qiáng)度。,共模噪聲:,一方面要濾除信號線上共模電磁干擾， 另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響其他電子設(shè)備的正常工作。當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流。達(dá)到濾波的目的。,差模噪聲產(chǎn)生于相線之間。,差模噪聲:,三、開關(guān)電源電路,1、輸入電路,抑制電磁脈沖(EMP):,抑制EMP主要是對浪涌保

17、護(hù)。浪涌保護(hù)主要是防雷保護(hù)，就是在極短的時(shí)間內(nèi)將設(shè)備上因感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量釋放到安全地線上，從而保護(hù)整個(gè)設(shè)備。,壓敏電阻、穩(wěn)壓二極管和氣體放電管三種保護(hù)方法。,第一，能抗大能量的瞬態(tài)沖擊； 第二，它的PN結(jié)結(jié)構(gòu)不同于穩(wěn)壓管，因此它的功耗小； 第三，耐浪涌性好。,壓敏電阻保護(hù)的優(yōu)點(diǎn):,浪涌電流是由濾波電容充電引起的。如果不采取保護(hù)措施，浪涌電流值幾百安培。,為避免電子電路中在開機(jī)的瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，在電源電路中串接一個(gè)功率型RT熱敏電阻器，能有效地抑制開機(jī)時(shí)的浪涌電流，并且在完成抑制浪涌電流作用以后，由于通過其電流的持續(xù)作用，功率型RT熱敏電阻器的電阻值將下降到非常小的程度，它消耗的

18、功率可以忽略不計(jì)，不會對正常的工作電流造成影響。,保護(hù)方法:,浪涌保護(hù):,三、開關(guān)電源電路,1、輸入電路,當(dāng)輸入電壓85-265V，且用50Hz或60HZ的市電都有較好的輸出電壓穩(wěn)定度。在交流接線端接入由共模扼流圈T1、C1、C2和R1構(gòu)成的電磁干擾濾波器。C1和C2用安規(guī)電容即電容專門濾除差模干擾。因C1的容量較大(01F)，在其上并聯(lián)R1，在斷電后C1經(jīng)R1進(jìn)行放電，可避免電源進(jìn)線端零、火帶電。,在開斷的瞬間，高頻變壓器的漏感會產(chǎn)生尖峰電壓，所以用R5,C4，D5組成漏極箝位電路用于吸收此尖峰電壓，使Q1不受損害。,三、開關(guān)電源電路,1、輸出電路,整流濾波電路:,。,。,。,:,。,。,:

19、,:,三、開關(guān)電源電路,1、輸出電路,整流濾波電路:,。,。,。,:,。,。,:,:,三、開關(guān)電源電路,1、輸出電路,短路保護(hù)電路:,。,。,。,:,。,。,:,:,三、開關(guān)電源電路,1、控制電路,:,。,。,。,:,。,。,:,:,三、開關(guān)電源電路,1、車載充電器控制電路原理 單端反激式電路,四、開關(guān)電源典型電路,四、開關(guān)電源典型電路,四、開關(guān)電源典型電路,恒流、恒壓的控制電源線性,四、開關(guān)電源典型電路,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,1、主要元器件介紹,VIPer12A芯片是一個(gè)單封裝的芯片，在同一片芯片上整合了一個(gè)專用電流式PWM控制器和一個(gè)高壓功率場效應(yīng)管。,VIPer12A芯片:,第1、2腳為場

20、效應(yīng)管的源極,第3腳FR為反饋信號控制端,第4腳UDD為芯片的供電電源端,第58腳為場效應(yīng)管的漏極。,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,控制器的工作頻率為60KHZ，通過反饋端FR的控制，來進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。,VIPer12A芯片:,VIPer12A芯片具有下述良好的性能：過熱保護(hù)自動(dòng)關(guān)斷模式；防止輸出端短路導(dǎo)致?lián)舸┕收系拇蜞茫℉ICCUP）保護(hù)模式；保證低負(fù)載條件下的低功耗工作模式；高壓啟動(dòng)電流源以及待機(jī)的低功耗（小于1W）模式等。,1、主要元器件介紹,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,內(nèi)部頻率補(bǔ)償: 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：單電源(330V)； 雙

21、電源(1.5 一15V),LM358芯片:,1、OUT1：輸出1,3、IN1（+）：正相輸入1,2、IN1（-）：反相輸入1,4、GND：地,5、IN2（+）：正相輸入2,6、IN2（-）：反相輸入2,7、OUT2：輸出2,8、Vcc：電源,低輸入偏流: 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電壓范圍輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V),1、主要元器件介紹,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,其性能是輸出壓連續(xù)可調(diào)達(dá)36V，工作電流范圍寬達(dá)01。100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為022歐,輸出雜波低。,TL431芯片:,1、參考端（REF）,3、陰極（CATHODE）,

22、2、陽極（ANODE）,、腳兩端輸出電壓V=25(R2十R3)VR3。如果改變R2的阻值大小，就可以改變輸出基準(zhǔn)電壓大小。,1、主要元器件介紹,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,2、LED控制電路,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,交流經(jīng)整流濾波后接到高頻變壓器T1的初級，加在VIPER12A的漏極端,高頻變壓器次級的兩個(gè)繞組分別為輔助繞組NF和輸出繞組NS。NF輸出的電壓經(jīng)D6、C6整流濾波后的穩(wěn)壓電源接VIPER12A的電源端，提供其工作電壓。NS輸出電壓經(jīng)過D7整流和C10濾波變成直流電源，再通過L1和C11濾掉高頻紋波電壓。C9、C12起到高頻旁路作用。輸出電壓經(jīng)R6、R7分壓后獲得的取樣電壓，與KA431內(nèi)部2

23、50V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較后，輸出誤差電壓信號，再經(jīng)PIC817光耦合器流入VIPER12A的反饋端，直接控制輸出占空比，獲得穩(wěn)定電壓輸出。改變電阻R6和R7的分壓比，可調(diào)節(jié)輸出電壓的標(biāo)稱值。R4、C8構(gòu)成吸收回路，防止產(chǎn)生自激振蕩。R3是LED的限流電阻。圖中C7的作用是濾除反饋端的尖峰電壓，決定了自動(dòng)重啟動(dòng)的頻率，對反饋回路進(jìn)行補(bǔ)償。,3、輸入電路,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,1、輸出電路,整流濾波電路:,輸出電路采用反激式變換器。在開關(guān)管導(dǎo)通期間，電流在初級電路里以線性方式上升，在電感器內(nèi)儲存能量，二極管D7阻止電流通過次級繞組流動(dòng)，開關(guān)管截止期間，電感器內(nèi)儲存的能量通過次級和D7釋放給負(fù)載。L2

24、、C16和C17組成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)。R16為L2中儲存的電能提供一個(gè)回路。,。,。,:,。,。,:,:,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,1、輸出電路,整流濾波電路:,。,。,。,:,。,。,:,:,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,1、輸出電路,短路保護(hù)電路:,。,。,。,:,。,。,:,:,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,1、控制電路,:,保護(hù)電路的設(shè)計(jì)如圖3.6所示。電路通過采集電壓信號和電流信號來分析是否有過壓和過流。正常工作時(shí)，發(fā)光二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，若出現(xiàn)過壓和過流時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光耦工作，從而達(dá)到保護(hù)電路的作用。,。,。,:,。,。,:,:,五、LED驅(qū)動(dòng)電路,三、USB充電器電路,新課講授,開 關(guān) 電 源 類 型,

25、機(jī)械制動(dòng),激勵(lì) 方式分,連接 方式分,并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源,串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源,應(yīng)用：主要用在早期的電視機(jī)中，這種開關(guān)電源通過開關(guān)調(diào)整管及整流二極管與電網(wǎng)相連，整個(gè)機(jī)板與電網(wǎng)相通，使機(jī)板帶電，不便于與外部其他電器設(shè)備相連接，因此在現(xiàn)代電子設(shè)備中已很少使用。,自激式,他激式,他激式,儲能電感器與負(fù)載串聯(lián)方式連接,由開關(guān)管和開關(guān)變壓器(脈沖變壓器)構(gòu)成的正反饋環(huán)路來完成白激振蕩,另加一個(gè)振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)脈沖信號加在開關(guān)管上，用來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止,下頁,應(yīng)用：電源輸出端與電網(wǎng)通過開關(guān)變壓器隔離，電路板上除開關(guān)變壓器初級與電網(wǎng)相連通外，其余部分與電網(wǎng)都不直接相連，機(jī)板不帶電，安全性好，也容

26、易與外部設(shè)備相連接。因此，并聯(lián)型開關(guān)電源在現(xiàn)代電器，尤其在互聯(lián)網(wǎng)及辦公設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。,儲能電感器與負(fù)載并聯(lián)方式連接,一、開關(guān)電源簡介,就電路功能來講，不管是哪種開關(guān)電源，開關(guān)電源都包括；,主要電路 輔助電路,輸入電磁干擾濾波器（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。,輸入過欠壓保護(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。,一、并聯(lián)型開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)形式,1) 單管開關(guān)電源,雙管半橋式開關(guān)電源采用專用脈沖產(chǎn)生電路，兩個(gè)開關(guān)管做模擬開關(guān)交替工作，工作穩(wěn)定，功率變換效率高，輸出電壓調(diào)控易行，容易增設(shè)保護(hù)電路。這種電源適于功耗較大

27、的電器設(shè)備中。 另一種是雙管半橋式脈沖可調(diào)式開關(guān)電源。,電路組成：交流輸入及抗干擾電路、整流濾波電路、啟動(dòng)電路、開關(guān)振蕩管、開關(guān)變壓器T、正反饋電路、穩(wěn)壓控制電路、脈沖整流輸出電路、過壓過流保護(hù)電路等組成。,優(yōu)點(diǎn)：單管自身組成振蕩電路，直接進(jìn)行功率變換電壓調(diào)整簡單。 缺點(diǎn)：不宜用于對雙極性輸出電壓調(diào)整，輸出功率相對較小 運(yùn)用： 電視接收機(jī)、顯示器、傳真機(jī)、打印機(jī)及各種充電器當(dāng)中。,2) 雙管開關(guān)電源,2、單管并聯(lián)式開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)框圖,3、單管并聯(lián)式開關(guān)電源工作原理,220V交流市電經(jīng)開關(guān)、保險(xiǎn)管，再經(jīng)濾波器濾除其中的高頻雜波，由橋式整流及電容濾波后得到約310V直流電壓。310V電壓一路通過

28、啟動(dòng)電路回到開關(guān)管控制極或到PWM脈)中產(chǎn)生電路，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖控制開關(guān)管開始導(dǎo)通，另一路經(jīng)過開關(guān)變壓器初級加到開關(guān)管上。,2、單管并聯(lián)式開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)框圖,3、單管并聯(lián)式開關(guān)電源工作原理,在PWM脈沖的驅(qū)動(dòng)下，開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)變壓器T的初級繞組(L1)中流過脈沖電流，在其輸出繞組(L3)中也產(chǎn)生感應(yīng)電壓。反饋繞組(12)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在分立元件構(gòu)成的開關(guān)電源中用于反饋，維持開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)，在集成電路組成的開關(guān)電源中用于為集成電路提供輔助電源。,2、單管并聯(lián)式開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)框圖,3、單管并聯(lián)式開關(guān)電源工作原理,輸出繞組(L3)中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)脈沖整流得到輸出電壓，為負(fù)載提

29、供電源。不同的電源輸出繞組的多少不同(一般有2-4組)，輸出的電壓也不同。,穩(wěn)壓控制電路從輸出電壓中取出樣品電壓，與基準(zhǔn)電壓相比較，產(chǎn)生誤差電壓。誤差電壓通過改變PWM脈)中的頻率和寬度改變開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間長短和頻率，調(diào)整輸出電壓的高低，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。,4、雙管半橋式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖,5、雙管半橋式開關(guān)電源工作原理,市電經(jīng)抗干擾、整流后由串聯(lián)的Cl與C2濾波后得到+310V直流電壓，在C1與C2上各形成對稱的約+155V的電壓。輔助電源電路得到+310V電壓后，開始工作產(chǎn)生輔助電壓，并加到PWM脈沖產(chǎn)生電路在開機(jī)電路控制下，PWM電路產(chǎn)生相位相反的兩個(gè)脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路通過脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器3，在

30、L1與L2中分別產(chǎn)生相位相反的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖，分別驅(qū)動(dòng)開關(guān)管1和開關(guān)管2輪流工作于開關(guān)狀態(tài)。,4、雙管半橋式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖,5、雙管半橋式開關(guān)電源工作原理,開關(guān)管1導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管2截止，C1上的+155V電壓通過開關(guān)管1、T4初級繞組、C3回到C1負(fù)極構(gòu)成回路，在4初級產(chǎn)生由上而下的電流。,開關(guān)管2導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管l截止。C2上的+155V電壓通過C3、T4初級繞組、開關(guān)管2、經(jīng)地回到C2負(fù)極構(gòu)成回路，在T4初級產(chǎn)生由下而上的電流。,4、雙管半橋式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖,5、雙管半橋式開關(guān)電源工作原理,T4為功率變換變壓器，是開關(guān)電源中體積最大的元件。T4初級中流過的相反方向的電流，由次級各繞組經(jīng)

31、整流得到不同的輸出電壓，為負(fù)載提供電源。 穩(wěn)壓控制電路從輸出電壓中取出樣品電壓，與基準(zhǔn)電壓相比較，產(chǎn)生誤差電壓，經(jīng)穩(wěn)壓控制電路送到PWM脈沖產(chǎn)生電路，調(diào)整輸出脈沖的寬度或頻率；再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)整兩只開關(guān)管酌導(dǎo)通時(shí)間或頻率，使流過T4初級的電流改變，從而調(diào)整輸出電壓。,二、 輸入電路的原理,(一) AC 輸入整流濾波電路原理：,當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時(shí)，電壓達(dá)470VDC/332VAC時(shí)阻抗會大幅降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3 會燒毀保

32、護(hù)后級電路。,1、 防雷電路(ZNR1突波吸收器)：,電路由C1和C4為 X安規(guī)電容，濾除差模噪聲；C2、C3和C7為 Y安規(guī)電容，濾除共模噪聲；L1為共模電感，濾除共模噪聲；L2為差模電感，濾除共模噪聲。主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進(jìn)行抑制，防止對電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。,二、 輸入電路的原理,(一) AC 輸入整流濾波電路原理：,2、 抗干擾電路(EMI濾波器)：,電路R1和R2主要用來消除斷電瞬間殘留的電壓。,RT1為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)，當(dāng)電源開啟瞬間，要對 C5充電，瞬間電流大，加RT1能有效限制冷開機(jī)的突入電流,把瞬時(shí)能量全消耗在RT1

33、上，一定時(shí)間后溫度升高后RT1阻值減小，這時(shí)它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。故可以減少平常工作時(shí)之功率損失,防止浪涌電流。,二、 輸入電路的原理,(一) AC 輸入整流濾波電路原理：,3、 浪涌電路(突入電流限制)：,交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。,二、 輸入電路的原理,(一) AC 輸入整流濾波電路原理：,4、 整流濾波電路(ZNR1突波吸收器)：,C6。獲得約300V直流電壓后分兩路輸出：一路經(jīng)開關(guān)變壓器T1加到MOSFET Q1的漏極，另一路經(jīng)R3加到C17的正端。當(dāng)C17的正端電位升到16V時(shí)，端口得工作電壓

34、，UC3842電路啟動(dòng)，整流器輸出的300V左右直流脈動(dòng)電壓，一路經(jīng)T3開關(guān)變壓器的初級繞組送往輔助電源開關(guān)管Q03的c極，另一路經(jīng)啟動(dòng)電阻R002給Q03的b極提供正向偏置電壓和啟動(dòng)電流，使Q03開始導(dǎo)通。,目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場效應(yīng)管是MOSFET（MOS管），是利用半導(dǎo)體表面的電聲效應(yīng)進(jìn)行工作的。也稱為表面場效應(yīng)器件。由于它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá)105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。,三、 功率變換電路的原理,(一) AC 輸入整流濾波電路原理：,1、MOS管的工作原理：,三、 功率變換電路的

35、原理,2、功率變換工作原理：,從R6測得的電流峰值信號參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)R10上的電壓達(dá)到1V時(shí)，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷。,R3、C4、D1,R4與C5組成高壓尖峰吸收(緩沖器)電路。,三、 功率變換電路的原理,2、功率變換工作原理：,當(dāng)開關(guān)管Q1截止后，T1(9 10)產(chǎn)生很大的反極性尖峰電壓和尖峰電流，其峰值幅度超過Q1的C極電壓很多倍，此尖峰電壓的功率經(jīng)D1儲存于CC4中，然后在電阻R3上消耗掉，能很好地吸收尖峰電壓和電流，從而降低了Q1的C極尖峰電壓，使Q1免遭損壞。 同時(shí)也達(dá)到了磁場復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能

36、量做好了準(zhǔn)備。,R9+R8與R7組成輸出分壓電路,D2反相保護(hù),ZD1通常將MOS管的GS電壓限制在18V,從而保護(hù)了MOS管。,三、 功率變換電路的原理,2、功率變換工作原理：,分壓值與Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)速度。分壓值過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；分壓值過大，會降低開關(guān)管的開關(guān)速度。,。,三、 功率變換電路的原理,2、功率變換工作原理：,。,四、 輸出整流濾波電路,1、+5V整流及濾波器電路：,T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D6為整流管，R33、C14、R2、C2為削尖峰電路。C17、C19、L2、C22組成型濾波

37、器。,。,四、 輸出整流濾波電路,2、UC3842供電電路：,T1為開關(guān)變壓器，其初極和次極的相位同相。D6為整流管，R33、C14、R2、C2為削尖峰電路。C17、C19、L2、C22組成型濾波器。,。,四、 輸出整流濾波電路,3、+12V及-12V整流和濾波器電路：,當(dāng)變壓器次級上端為正時(shí)，電流經(jīng)C2、R5、R6、R7使Q2導(dǎo)通，電路構(gòu)成回路，Q2為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當(dāng)變壓器次級下端為正時(shí)，電流經(jīng)C3、R4、R2使Q1導(dǎo)通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6、L1、C7組成型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。,。,五、 穩(wěn)壓環(huán)路電路,

38、1、電壓反饋電路工作原理：,當(dāng)輸出U0升高，經(jīng)取樣電阻R7、R8、R10、VR1分壓后，U1腳電壓升高，當(dāng)其超過U1腳基準(zhǔn)電壓后U1腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導(dǎo)通，UC3842腳電位相應(yīng)變低，從而改變U1腳輸出占空比減小，U0降低。,。,五、 穩(wěn)壓環(huán)路電路,1、電壓反饋電路工作原理：,當(dāng)輸出U0降低時(shí)，U1腳電壓降低，當(dāng)其低過U1腳基準(zhǔn)電壓后U1腳輸出低電平，Q1不導(dǎo)通，光耦OT1發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管不導(dǎo)通，UC3842腳電位升高，從而改變U1腳輸出占空比增大，U0升高。周而復(fù)始，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。調(diào)節(jié)VR1可改變輸出電壓值。,。,五、 穩(wěn)壓環(huán)

39、路電路,1、電壓反饋電路工作原理：,反饋環(huán)路是影響開關(guān)電源穩(wěn)定性的重要電路。如反饋電阻電容錯(cuò)、漏、虛焊等，會產(chǎn)生自激振蕩，故障現(xiàn)象為：波形異常，空、滿載振蕩，輸出電壓不穩(wěn)定等。,。,1、小功率短路保護(hù)電路：,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(gè)安全范圍內(nèi)，它可以用多種方法來實(shí)現(xiàn)限流電路，當(dāng)功率限流在短路時(shí)不起作用時(shí)，只有另增設(shè)一部分電路。,五、 短路保護(hù)電路,當(dāng)輸出電路短路，輸出電壓消失，光耦OT1不導(dǎo)通，UC3842腳電壓上升至5V左右，R1與R2的分壓超過TL431基準(zhǔn)，使之導(dǎo)通，UC3842腳VCC電位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后腳電位消失，TL4

40、31不導(dǎo)通UC3842腳電位上升，UC3842重新啟動(dòng)，周而復(fù)始。當(dāng)短路現(xiàn)象消失后，電路可以自動(dòng)恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。,1、中功率短路保護(hù)電路：,五、 短路保護(hù)電路,當(dāng)輸出短路，UC3842腳電壓上升,U1 腳電位高于腳時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)腳輸出高電位，給 C1充電，當(dāng)C1兩端電壓超過腳基準(zhǔn)電壓時(shí) U1腳輸出低電位，UC3842腳低于1V，UCC3842 停止工作，輸出電壓為0V，周而復(fù)始，當(dāng)短路消失后電路正常工作。R2、C1是充放電時(shí)間常數(shù)，阻值不對時(shí)短路保護(hù)不起作用。,1、光電耦合保護(hù)電路：,輸出過壓保護(hù)電路的作用：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出

41、現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時(shí)，過壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級用電設(shè)備。,。,六、 輸出過壓保護(hù)電路,當(dāng)Uo有過壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（OT2）R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1基極得電導(dǎo)通， 3842的腳電降低，使IC關(guān)閉，停止整個(gè)電源的工作，Uo為零，周而復(fù)始。,2、輸出限壓保護(hù)電路：,當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，Q1基極有驅(qū)動(dòng)電壓而道通UC3842 電壓升高，輸出降低，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，UC3842電壓降低，輸出電壓升高。周而復(fù)始，輸出電壓將穩(wěn)定在一范圍內(nèi)（取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）。,。,六、 輸出過壓保

42、護(hù)電路,3、輸出過壓鎖死電路：,工作原理是，當(dāng)輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2基極得電導(dǎo)通，由于Q2的導(dǎo)通Q1基極電壓降低也導(dǎo)通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導(dǎo)通，UC3842腳始終是高電平而停止工作。在圖B中，UO升高U1腳電壓升高，腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1腳始終輸出高電平Q1始終導(dǎo)通，UC3842腳始終是低電平而停止工作。,3、輸出過壓鎖死電路：,當(dāng)輸出電壓Uo升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，光耦導(dǎo)通，Q2基極得電導(dǎo)通，由于Q2的導(dǎo)通Q1基極電壓降低也導(dǎo)通，Vcc電壓經(jīng)R1、Q1、R2使Q2始終導(dǎo)通，UC3842腳始終是高電平而停止工作。,。,六、 輸出過壓保護(hù)電路

43、,UO升高U1腳電壓升高，腳輸出高電平，由于D1、R1的存在，U1腳始終輸出高電平Q1始終導(dǎo)通，UC3842腳始終是低電平而停止工作。,2、工作原理：,輸入電壓經(jīng)L1、L2、L3等組成的EMI濾波器，BRG1整流一路送PFC電感，另一路經(jīng)R1、R2分壓后送入PFC控制器作為輸入電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，即改變Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，穩(wěn)定PFC輸出電壓。L4是PFC電感，它在Q1導(dǎo)通時(shí)儲存能量，在Q1關(guān)斷時(shí)施放能量。D1是啟動(dòng)二極管。D2是PFC整流二極管，C6、C7濾波。PFC電壓一路送后級電路，另一路經(jīng)R3、R4分壓后送入PFC控制器作為PFC輸出電壓的取樣，用以調(diào)整控制信號的占空比，穩(wěn)定PFC輸出電壓。,七、 功率因數(shù)校正電路（PFC）,1、工作原理：,AC輸入和DC輸入的開關(guān)電源的輸入過欠壓保護(hù)原理大致相同。保護(hù)電路的取樣電壓均來自輸入濾波后的電壓。 取樣電壓分為兩路，一路經(jīng)R1、R2、R3、R4分壓后輸入比較器3腳，如取樣電壓高于2腳基準(zhǔn)電壓，比較器1腳輸出高電平去控制主控制器使其關(guān)斷，電源無輸出