pwm单端反激式变换器电路原理分析

UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 1 页 共 11 页T1Q 1F QP F 4 N9 0D 1M UR 1 1 00 EC 2R 1C 1V dcV 0G nd V inTonTofIpIs1NpNs +_+_单端反激式变换器电路原理分析l 单端反激式变换器的特点 单端反激式变换器又称电感储能式变换器，工作原理如图所示, 当开关管 Q1 被 PWM 脉冲激励而导通时,直流输入电压施加 到高频变压器 T 的初级绕组上,此时 NP 相当于一个纯电感,流过 NP 的电流线性上升,电源能量以磁能形式存储在电感中,次级整 流二极管 D1 截止,输出电容 C 给负载供电。(电能转换为磁能) 当开关管 Q1 截止时,由于电感电流不能突变,初级绕组两 端电压极性反向, 次级绕组上的电压极性颠倒使 D1 导通, 初级 储存的能量传送到次极,提供负载电流,同时给输出电容充电。( 磁能换为电能) 单端反激式变换器通常采用加气隙来增大可工作的磁场强度 H ，减少剩余磁感应强度;当反激式变换器处于连续工作模式时, 气隙可有效防止磁芯饱和，因而可增大电源的输出功率，减少 变压器磁芯损耗,进一步提高开关频率。一、调制 1.定义: 利用某一种电压或波形的改变,去控制另一种电压或波形 发生某种形式的改变。 2.调制方式:利用电压的改变,去控制另一种波形的改变,最后达到能 控制输出电压的改变,同时能控制输出电压稳定的一种技术措施。 3.脉冲宽度调制方式(PWM:(Pulse Width Modulation):UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 2 页 共 11 页NTC201 8D11L202 8mHC203 104/630VC205 104/630VC201686/450VAC2AC3+1-4D202KBL0812RT201MYH1-1/471E(G)NLL201F201 WH600-150C292 222/2KVVout1123J6是输入电压的变化,使输出脉冲宽度发生变化的一种方式。 开关管工作周期T是固定不变的。 输出电压的改变和稳定,就是控制开关管调整饱和导通的时 间来实现的。 脉宽式开关电源都是降压式的变换器,但采用变压器隔离的 开关电源,可以改变初级与次级绕组匝数比,来决定输出电 压是升压还是降压。 占空比的比值就是电压比的比值,占空比的变化范围:01。 2.交流共模滤波电感的结构和工作原理 定义:是在一个磁心上的两个匝数相等的绕组中再电流方向上的不 同,就能起到共模滤波电感的作用。 模式:1.差模输入:就是在共模滤波器的两个输入端口,所输入电压 是有差别的一种输入模式。在某一瞬间,两个输入端的电压一个为+,一个为 -,两个绕组产生的磁通是大小相等方向相反,磁 芯中就没有变化的磁通,也没电感量,也没感抗, 对50HZ的交流电压没有阻力,只有绕组的直流电 阻存在,直流电阻值为0.1-0.5实际有0.1-0.2W 能量损失,可忽略。 2.共模输入:就是在共模滤波器的两个输入端口,所输入电压 是没有差别的一种输入模式。假设共模高频干扰电压输入为+或-,两个绕组产生的是 同一方向变化的磁通,磁芯中就有变化的磁通,就有感抗,电 感对共模高频干扰会有较大的衰减。 三、电路原理分析 1.交流输入部分UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 3 页 共 11 页自恢复保险丝自恢复保险丝( (是一种过流保护器件是一种过流保护器件) ) A. 原理:在常态下它的阻值非常低(0.2)，工作电流流过开关时功 耗 很小,损耗能量小,当电路电流超过设计值或发生短路故障 时,它的内阻迅速增加至数千欧,使电路进入开路状态,立即 将电路电流切断,对电路起到保护作用,自动恢复开关只能 进行低电压过流保护,而不能接在 220VAC 上,否则将开关烧 毁。 RT201RT201 是压敏电阻是压敏电阻 NTC201是热敏电阻,在开关电源中起过温保护和软启动的作用。 低通滤波器定义:低频能通过而高频干扰信号通不过的滤波器,就是能滤掉 高频电压,又可叫高频滤波器。 b.组成:一般由电容器和电感组成 c.作用: 1.防止电网上的高频干扰信号、抑制浪涌电压、尖蜂电 压进入开关电源中。 2.阻止、限制开关电源所产生的噪声,高频电磁干扰信 号 串入电网上。 d.电感 e.电容 作用:1.电容器的基本作用既是充电和放电。 2. 储能:以电压形式存储能量:Ec=1/2V2C,具有隔直流通 交流的作用,它两端的电压不能突变,电容的容 抗是与频率成反比,频率越高,它呈现的容抗越小,容抗: 。 =12FC3.滤波作用:整流电路将交流变成脉动的直流,在整流电 路之后接入一个较大容量的电解电容,在滤 波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效 值的1.42倍。利用其充放电特性,使整流后 的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电 压。在实际中,为了防止电路各部分供电电 压因负载变化而变化,所以在电源的输出端 及负载的电源输入端接电解电容,由于大容 量的电解电容一般具有一定的电感,对高频UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 4 页 共 11 页及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两 端并联了一只容量为0.001-0.lpF的电容, 以滤除高频及脉冲干扰。 4.去耦作用:滤除高频器件在PCB电源或芯片电源脚上引 起的辐射电流,为器件提供一个局部的直流 通路,能减低电路中的电流冲击峰值。它在减小电源和地平面上纹波、噪声和毛刺 很有效果。 减少开关噪声在板上的传播并抑制噪声对其 它芯片的干扰。 0.1uF以下的陶瓷电容常被用来做去耦电容。5.旁路作用: (Bypass)是指给信号中的某些有害部分提供 一条低阻抗的通路。电源中高频干扰是典型 的无用成分,需要将其在进入目标芯片之前 提前滤掉,旁路电容主要针对高频干扰（高 是 相对的,认为20MHz以上为高频干扰,20MHz以 下为低频纹波),选用涤纶薄膜电容。 注: 电阻主要是用做限流和确定固定电平,即所 谓的上拉或下拉。 揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容。 谐振分串联谐振和并联谐振。串联谐振产生 过电压,并联谐振产生大电流。 f.图1分析,C205,L1,C203组成型低通滤波电路,C205,C203为 抗串模干扰元件,用于抑制正态噪声,电容选漏电流小的。所 以,CLC型滤波电路中电容的容量和电感的感量越大,他们的滤 波效果就越好。g.常用高压和低压低通滤波电路二、桥式整流 0-265VAC经桥式整流后,直流电压=265*1.414=374.71V, 此电压分三路: 1路:经R203降压以及C224,C225滤波后为UC2845提供启动电压 2路:经高频变压器初级为开关功率管的漏极提供驱动电压, D201,C202,R201是变压器缓冲网络吸收回路,用于吸收对变UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 5 页 共 11 页C201686/450VAC2AC3+1-4D202 KBL08R203204/2WC202222/2KVR201 203/2WD201L201SDR0504-220C292222/2KVR233 100394N8N8NT2D213C225C224104V in 3D212Q205R234242/2WD211MUR1100EC221221/1KVR235 CLR2010-JW-R75R236 CLR2010-JW-R75R2371002C222471R2391501R23820RU7-VIVin7GND55V8VF2BC1VI3VO6R/C4U204UC2845D8D2361N4746U 7 - V F压器初级的漏电流,次级反馈到初级的尖峰电流进行吸收 或二次将漏感反向耦合到次级,吸收开关管关断时,变压器 漏感产生的过电压。3路: R203和R233组成泄放回路,电压经R203和R233对地放电。 当断电后不要立即焊取电阻和电容,由于电阻较大放电需要 一定时间,故要用万用表量电容两端的电压,放电完后才能 操作;由于电压经电阻分压,故在选滤波电容C224,C225时, 注意耐压值>375*(R233/R203+R233),否则,当电源出现故障 时,375V电压没电流输出,C224和C225有可能被击穿。 三、启动电路 要使开关电源工作,首先是振荡器必须的振荡,振荡器要振 荡必须要有一个较小的的启动电流,较小的的启动电流又来自较 小的的启动电压,可是开关电源开机后,马上建立起来的唯一的 一种电压,就是375V左右的直流电压,该电压经启动电阻 R203(200K)直接给UC2845D8的脚供电(正常工作约需15mA电 流),此时自馈电没建立起来,只有靠C225的放电来继续启动,此电 容又叫维持启动电容;开关变压器的初级绕组感应给自馈电绕组 的脉冲电压,输出+13V自馈电压,自馈电建立后,经维持启动电容 C224,C225滤波后,给UC2845D8的脚供电,启动电阻R203也完成 任务,R203还接在电路中,两端有362V电压(362/200K=1.85mA电流), 此时没有R203,电路工作可正常工作。UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 6 页 共 11 页R R1 1D D1 1C C1 1R R2 2GDSQ Q1 1R R1 1D D1 1C C1 1R R1 1C C1 1R R1 1C C1 1T T300VMOS C C1 1R R1 1D D1 1四、吸收回路 定义:消反冲电路或称阻尼电路。 组成:由电阻、电容和阻塞二极管组成的钳位电路。 作用:1:降低没用的反冲电压。 2:消除高频振荡(可以有效地保护开关功率管不受损)。 反冲电压:是指在断开有电流的电感电路时,产生的自感电压,吸 收回路是消耗能量的。 高电压常用的几种吸收回路分析a.在电路工作稳定后,当开关管Q1截止时,初级绕组的反冲电压为: 上“-”下“+”,并通过二极管D1给电容器C1充电,由于电路中没 有电阻,所以电容器C1充电电流比较大, 电容器C1两端电压一下 就能上升到150V,电容器C1吸收的能量就比较多。(瞬间充电完成,马 上又放电)电容器C1的电压为下“+”上“-”,电阻R1也有电流泄 漏，它不可能通过二极管D1反向由初级绕组T放电,它就无法振荡 下去,电容器C1上的电压,只有通过R1放电,将反冲电压转换成热 能散发掉。UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 7 页 共 11 页C1R1D 1- +T300V+-M OSC 1 T T300V+-MOS C1 R R1 1/ /5 5W WC C1 1+-当开关管Q1导通时,电阻R1仍给电容器C1放电,最后C1两端电压下 降到约125V。 总之:电容器C2的充电时间,在Q1截止;C2的放电时间在导通和截 止整各个过程。b. 当开关管Q1截止时,初级绕组的反冲电压为:上“-”下“+”,并 通过电阻R1给电容器C1充电,C1充电脉冲电流比较大(0.3A),在R1 上的瞬时电压降可达200V至多,瞬时功率达60W,平均功率1- 2W。(瞬间充电完成,马上又放电)电容器C1的电压为下“+”上 “-”,C1通过阻尼电阻R1放电(使高频自由振荡成低频自由振荡, 由于R1消耗使振荡很快衰减)。 当开关管Q1导通时,由电源电压(300V)给C1充电,在阻尼电阻R1上 也要消耗能量。c. 当开关管Q1截止时,MOS的D(漏极)反冲电压最高达600-800V,通UC2845D8和开关电源设计资料及电源维修方法第 8 页