有小伙伴各种留言询问,其中比较多的是询问一些基础知识和线路架构,所以我们今天就简单讲一下原理及用实例来讲一下开关电源架构中的其中一种。
下图为基本的自激线路开关电源线路图:
其中Ui为交流经过整流滤波所得到的直流电压,C1为输入滤波电容,通常我们使用两个400V/10UF左右的电解电容;R1是Q1的启动电阻,R2、C2和变压器组成辅助振荡线路;TR1是变压器,一次侧用于存储能量以及一次侧和二次侧的能量耦合,辅助绕组产生正反馈信号;整流二极管D1和电解电容C3构成了输出端的整流滤波线路,让输出电压平滑稳定。
刚上电时,电阻R1给Q1提供启动电流,让Q1进行导通。
Q1导通后,变压器一次侧因为有电流流过发生自感,自感电压的方向为“上正下负”,阻止电流增大;另一方面,一次绕组与二次绕组、辅助绕组发生互感。
根据变压器同名端符号可知,二次绕组感应电压方向与一次绕组相反,为“上负下正”,二极管D1反向截止,辅助绕组感应电压反向为“上正下负”,加速Q1导通。
当Q1趋于截止状态时,一次绕组因电流减小而发生自感,同时一次绕组和二次绕组辅助绕组发生互感,所有绕组极性反转,一次绕组自感电压的方向阻止电流的减小,二次绕组感应电压的方向让二极管正向导通,辅助绕组感应电压加速Q1截止。
在Q1导通期间,变压器一次侧从电源Ui处积蓄能量,存储在绕组中;在Q1截止期间,变压器将存储的能量释放给负载。
在接近截止状态时,变压器一次绕组感应电压自由振荡返回到零,Q1基极连接的辅助绕组也称为正反馈绕组,因变压器互感所产生正反馈信号控制Q1的导通和截止,就是所谓的自激振荡。
自激式开关电源经济实用,目前仍有较多的产品采用,下面就简单的介绍实际的应用。
下图为自激式应用于充电器的线路:
上图为输入电压AC110V---240V,频率为50KHz---60KHz,输入电流为0.15A;输出DC5.2V,0.5A的入门简易充电器线路图。
因为元器件较少,成本低廉,所以输出功率小,体积小,而且没有设置EMC抑制电路。
市电经过保险管R1输入到整流桥BD1、滤波电容C1得到约为300V的直流电压,经过开关变压器T1主绕组,加至开关管Q1的集电极上。
充电时,经变压器的2:1隔离降压后,AC110V输入整流滤波后的直流电压平均值为150V,但是有一定的振幅纹波,频率为100Hz,是市电频率的2倍。
初上电时,R3给Q1提供启动电流,一旦启动工作,断开2,电源仍然能够进行自激振荡,但是断电后如果没有R3,就不能进行自激振荡,所以R2称为启动电阻。
当Q1导通时,集电极电流开始上升,变压器绕组电感励磁储能,感应电压"上正下负"。根据同名端可知,辅助绕组感应正极性电压,经过C3和R6加到VT1的基极,加速其导通饱和;二次侧感应“上负下正”,输出二极管反向偏置截止。
当开关管Q1关断截止时,变压器所有绕组极性反转,辅助绕组形成使Q1基极电流减小的正反馈,加速Q1截止,C3放电,准备进入下一个振荡周期;二次侧二极管正向偏置导通,变压器二次绕组释放能量给负载。
C3的充电时间设定了Q1的导通的最大脉冲宽度。
电路中,C3和R6限制了Q1导通的最大集电极电流,让其不能超过规定值,在此最大限定下,开关管对应一个最大的导通脉宽,这个脉宽受控于R5和Q2构成的脉宽调制器,光耦检测输出电压的变化,通过反馈加到Q1的基极,另一方面Q1导通时发射极电流在R4产生压降,经R5加到Q2的基极。二者叠加共同影响Q2分流Q1基极电流,改变Q1进入反转临界点,影响Q1导通脉宽,促使输出电压反向变化,达到稳定的作用。
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