开关电源模块FSD200的原理与应用

摘要： FSD200是一种新型低成本单片开关电源，它具有高效率，低功耗，保护功能完善，采用了减弱电磁干扰的频率抖动，外围电路简单等特点。本文介绍了FSD200的功能原理及在小功率电源上的应用设计。

关键词：单片开关电源；小功率电源；

电子设备都需要一个稳定的工作电源供电。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，体积小、功耗低、效率高的开关电源逐步代替了笨重的采用工频变压器的串联线性稳压电源。在传统的反激式功率变换的开关电源电路中，除了基本的脉宽调制(PWM)电路、功率MOS管、电压反馈网络等外，为了使开关电源可靠工作，尚需有保护、软起动、防电磁干扰的EMI滤波等各类电路，线路较复杂，元器件多。1997年单片开关电源集成电路Topswitch的问世，极大地简化了150W 以下的开关电源设计及开发工作。但对于lOW 以下的小功率稳压电源，无论是Topswitch之类的单片开关电源，还是传统的分立元件的开关电源，都还存在硬件成本高，线路复杂等问题。

由Fairchild公司近年推出的小功率单片开关电源集成电路FSD200/FSD210，输出功率硎，内部集成了PWM控制及功率MOS管，并有过热、过负荷保护、欠压锁存、软起动、电流限止等功能，其独特的频率抖动电路能较大地减弱电磁干扰。FSD200与FSD210基本一致，但FSD200采用了自供电的形式，不需反馈绕组。由此设计的开关电源，可大大减少元件量、重量、设计尺寸、且系统可靠性增加，而它的低价格又为小功率开关电源设计的优化创造了条件。

1 主要工作原理

1.1 启动

FSD200单片开关电源的内部框图如图1所示。图1中，FSD200单片开关电源启动时，直流高压电源通过引脚进入芯片内部的高压调节器，再稳压到7 V作为芯片工作电压，同时以约100的电流源向参考电压及欠压锁存(uVLO)模块充电。VoC 的外接电容一般选在10-47 ，这种方式省去了通常开关电源须采用反馈线圈提供工作电压的需要，见图2。

1．2 反馈控制

FSD200是电压控制模式器件，与典型的开关电源线路一样，采用线性光耦PC817与可调式精密稳压器TL431组成高频变压器二次侧的电压反馈网络，见图2。当负载变化引起输出电压变化时，反馈网络将信号回馈至Vfb引脚，与振荡器送出的锯齿波比较，产生相应的PWM 波脉宽的变化，最后使高频变压器二次侧的输出电压稳定，完成反馈控制，见图1。

1．3 保护电路

FSD200有二个自我保

护功能电路：过载保护及

过热关断。这些功能集成

在芯片内，无需外部元件，

图1 FSD200内部功能原理

框图增强了系统可靠性。

一旦到达这些电路的阀

值，FSD200就开始自动重

启动周期，若故障条件被

确认，会停止内部功率MOS管的开关，并引起高压调节器关断，使V 下降，见图1。当V 下降到欠压锁存电压UVLO的下阀值6 V耐，保护电路被复位，高压调节器恢复工作，电流源又向V 端外接电容充电，而当V 因此升到UVLO的上阀值7 V时，器件恢复正常工作，若此时故障条件不再出现，重新启动获得成功，若故障条件仍存在，则重复上述过程。例如，在过载保护中，最大输出电流可由逐个脉冲电流限制电路限制，若负载比这还重，输出电压下降，光耦的LED电流减小，导致光耦晶体管的电流下降，250电流源向Vfb外接的电容充电，引起Vfb输入端电压上升，一旦上升到3 V，250 电流源被切断，5电流源向Vfb外接的电容充电，当Vfb上升到4 V时，过载比较器翻转，使功率MOS管停止工作，见图1。利用这种自动重启动周期的方法，FSD200可以区分正常工作出现的短时过载及真实的故障发生。对于过热关断，一旦控制电路测得内部H 传感器温度达到145℃，过热关断保护电路便起作用。

1．4 软启动

FSD200有内部的软启动电路，起动过程中在3 mS内逐步增加电流，减少了启动时的电流冲击，而在一般的开关电源电路中，是用外部元件组成软起动功能。

1．5 自举操作

为了使待机状态时功耗最小，FSD200设有自举操作功能。在图1中，当待机时负载减少，Vfb端的反馈电压减小，当跌至低于自举电压Ub 的下阀值0．58 V时，器件自动进入自举操作模式，功率开关管工作停止，引起输出电压的下降，下降的速度取决于待机电流负载。而输出电压的下降又会引起反馈电压的上升，当Vfb端电压升至自举电压Ub 的上阀值0 64 V时，开关脉冲又重新开始，输出电压增加，反馈电压下降，该过程又重新开始。这种交替作模式使原来的开关频率130 KHz左右的功率MOS管处于交替的工作、停止状态，减少了待机时功率MOS管的开关损耗。

1．6 频率抖动

电磁干扰EMI(又称电磁兼容EMC)，一是指设备在工作中产生的电磁传导要限制在一定水平内，以避免对其他设备产生的干扰，二是指设备本身抗电磁干扰的能力。在开关电源中，功率开关管在高电压下以高频方式工作，开关电流为方波，从频谱分析可知，方波信号含有丰富的高次谐波，其频谱可达方波频率的1 000次以上。开关电源一般利用电感及电容组成EMI滤波电路接于电源输入端，以减

弱EMI影响。FSD200是运用了一种频率抖动的方法来减小EMI的。当基频厂是130 KHz时，开关频率4 ms内在±4 KHz范围内抖动，实际开关频率厂为130～138 KHz，由于．厂’是在窄范围内偏移的可变频率，与固定开关频率厂相比较，可将高次谐波能量分散，这不仅减少了EMI，而且可用低成本的电感来代替滤波器，使元器件减少。

2 应用电路设计

图2是采用FSD200设计的一种单片开关电源电路，输入电压交流220 V±20％，V1是主输出，5V，0．7 A；是辅助输出，15 V，0．24 A，总功率7 w。线路采用典型的反激式功率变换电路。这种线路不需要额外的电感存储能量，图中变压器T1可同时实现直流隔离、能量存储和电压变换的功能。在图2中，采用了可调式精密稳压器TL431作为5 V输出的误差放大器，再与线性光耦PC817组成隔离式反馈电路，主输出作为主要反馈信号，其余输出按一定比例反馈。当5 V 输出电压发生波动时，经R4、R5分压后得到的采样电压与TL431中的2．5 V基准电压比较，并在阴极上形成误差电压，使光耦中的发光二极管电流产生相应变化，光耦付边光敏三极管的也相应变化，由此调节了FSD200输出的占空比，最后使 1不变，达到稳压目的。为使辅助输出空载时不致电压过高，可并联一合适阻值的假负载。该线路与其他单片集成开关电源电路相比有两个非常显著的特点，一是由于芯片是内部自已产生的，省去了变压器中的反馈绕组及整流元件，二是芯片对脉宽调制波采用了频率抖动的方法，大大减少了EMI，因此用一个2 mH 的电感L滤波即可，省去了EMI滤波器。

3 结语

采用FSD200的单片开关电源线路简单可靠、体积小、效率高，可广泛用于小型电子设备、充电器等场合。长期以来，10W 以下的小功率稳压电源，因成本、线路复杂等原因，采用开关电源的方案并不经济，FSD200的使用可突破这个瓶颈，并使电源的设计工作得到简化。

常见几种开关电源工作原理及电路图

一、开关式稳压电源的基本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路

图二开关电源基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。２．单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

[工作]开关电源原理与维修开关电源原理图

[工作]开关电源原理与维修开关电源原理图开关电源原理与维修开关电源原理图电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%—30%，故目前它已成为稳压电源的主流产品。电子设备电气故障的检修，本着从易到难的原则，基本上都是先从电源入手，在确定其电源正常后，再进行其他部位的检修，且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理，熟悉其维修技巧和常见故障，有利于缩短电子设备故障维修时间，提高个人设备维护技能。二(开关电源的组成开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成，见图1。 1( 主电路冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变:将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。输出整流与滤波:根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 2( 控制电路一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。 3( 检测电路提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。 4( 辅助电源

实现电源的软件(远程)启动，为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。开关电源原理图三(开关电源的工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量，当开关S断开时，电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量，使负载得到连续而稳定的能量。 VO=TON/T*Vi VO 为负载两端的电压平均值 TON 为开关每次接通的时间 T 为开关通断的工作周期

开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析

开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析第1页：前言：PC电源知多少个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Sw itching Mode P ow er Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（sw itching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）配图1：标准的线性电源设计图

配图2：线性电源的波形尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PW M，Pulse W idth Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。第2页：看图说话：图解开关电源下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。图3：没有PFC电路的电源图4：有PFC电路的电源通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

单片开关电源的发展及其应用

单片开关电源的发展及其应用单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它于90 年代中、后期相继问世后，便显示出强大的生命力，目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。这就为新型开关电源的推广与普及，创造了良好条件。开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。近20 多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM 芯片，典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。90 年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825 、UC1864 。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80 年代初意－法半导体有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.1～40V）、大中功率（400W 以下）、大电流（1.5A～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC 电源变换器。 1994 年，美国动力（Power）公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch 系列，第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。在这之后，Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（HighVoltage Power Switching Regulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。 TOPSwitch-11 根据封装形式，TOPSwitch－II 可划分成三种类型：TOP221Y~227Y（TO-220 封装），TOP221P~224P（DIP-8 封装），TOP221G~224G（SMD-8 封装），产品分类详见表１。其中以TOP227Y 的输出功率为最大。 2.1 TOPSwitch-11 (1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS 电路，使器件功耗显著降低。 (2)只有三个引出端：控制端C 、源极S 、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C 、D 均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。

开关电源工作原理

开关电源一．开关电源得工作原理 (以LQ-16０0K3电源为例) １、滤波电路交流输入经滤波电路整形进入全桥整流。滤波电路减小了外部噪声与打印机内部所产生得噪声。滤波器中使用得线圈与电容得作用就是抑制交流电中得毛刺脉冲,使噪声干扰降低到最小从而得到一个较平滑得正弦波.C3、C４电容接于地就是为了防止电源中窜入高脉冲损坏电路. 经全桥整流与电容滤波形成３00多伏得准直流电压。 2.开关电路开关电路使用环形阻塞转换器式交流输入开关电源电路。具有元件少，变压器小得特点，场效应管Ｑ1既就是开关管又就是振荡管,振荡周期由电阻R11与C13得充放电时间常数所决定。电路得工作过程就是导通饱与→截止→导通饱与，周而复始地进行下去。其工作过程如下：ａ、导通饱与阶段电源接通,交流220Ｖ经过滤波、整流、平滑输出直流电压３0０V,由启动电阻R10、R31接至振荡管Q1得栅极上，产生栅压Vgs,在Ｑ１得漏极上产生漏极电流Ｉd，从小到大。在变压器T１上线圈Ｔ1５—１2内产生一个力图阻止Id增大得自感电动势，极性为上正下负，同时在Ｔ10—9中感应出一个感应电动势其极性也为上正下负,由于C13两端电压不能突变，因此T10—９线圈中产生得感应电势不能立即充电, 通过R１1、C13加至Q１得栅极，使栅极电位提高,Q1漏极电流更加增大，又通过T1０—9使Q1栅极电位更加提高，从而使漏极电流增

大更快,这种连锁得正反馈使Q1进入饱与状态. b、从饱与到截止阶段由于Ｑ１导通饱与后，T10—9感应电动势通过Ｒ１1、R19向C13充电，充电方向从T１0-9得1０端经R11、Ｃ13、R1９，于就是C13被充电，电压为右正左负，随着充电得进行,C13右端电位逐渐升高，左端电位随着降低，经过一段时间,当Ｃ１3左端电位低到一定数值时，Q1得栅压开始减小，漏极电流Id也随之减小，由于线圈有抵制电流变化得特性，T1５—1２线圈中就产生一个力图阻止漏极电流减小得自感电动势，它得极性与刚才得相反，就是上负下正，并且在线圈T10—9中感应出一个上负下正得感应电动势,它得负端通过R11、C1３加到Q1得栅极,使栅极电压更负,从而使漏极电流Ｉd更小,这种正反馈得作用,使Ｑ1很快脱离饱与转入截止状态，即所谓截止阶段. Q１关断时，产生一个浪涌电流经线圈T15—12使线圈T１5-１2中产生一个上正下负得感应电动势,并且在线圈Ｔ11—9中也感应出一个上正下负得感应电动势，然而Ｑ3得发射极电压超过了基极电压，而Q3得基极电压就是由IＣ１(ＴL4３１）稳压得,所以Ｑ3导通，便使?Ｑ2也导通，并且短路Ｑ1得栅极,维持接地，保持Q1可靠得截止，直至浪涌电压经地线耗尽为止。 c、从截止到导通饱与阶段 Q1截止后,C１3停止充电,并通过R1１→Ｔ10-9→D2→C1３放电，Ｃ1３两端电位发生了变化，Ｃ13右边电位降低,左边电位相对提高,于就是通过C１3左边连接到Ｑ1栅极得电位也随之提高，当栅极得电位升高到一定数值时，就重新产生漏极电流，如上述由于正反馈得作用使Q1很快从截止状态进入导通饱与阶段. 所以振荡电路从导通饱与—-截止——导通饱与周而复始地循环 3.+３５Ｖ整形电路包括Ｔ3—5、T４—6、D51、C51、Ｃ５２等。 4、 +35V稳压控制电路正常工作状态下,稳压控制电路使输出电压稳定在35±６%之间。如果因某种原因引起输出电压高于3５V＋6％,而稳压二级管ＺD51、ZＤ８1～ＺD８5两端电压32、7Ｖ保持不变；或因稳压二级管ZＤ5１、ZＤ81～ZD８5两端电压低于３2、7—2、７5%Ｖ时，流经DZ５1—DZ８5—D81-R57得电流会增大，使得PＣ１得1-2腿上得电流加大并使７—8腿导通,以至于使Q3发射极电位提高导至Q3、Q２导通，使Q1截止；相反若输出低于35V-6％时，ＰC1、Ｑ2截止，Ｑ1处于正常导通状态,输出继续增大,直到恢复3５V±6%。５、 +35V过载检测电路

KA5Q1265RF组成的开关电源原理与检修(图)剖析

KA5Q1265RF是Fairchild半导体公司于2001年推出的开关电源厚膜集成块，内部结构如图1所示。它内部除了含有脉冲振荡器、脉冲驱动器及场效应开关管外，还含有许多门电路、触发器、比较器等电路。利用这些电路可以实现脉冲形成、脉冲驱动、开关调整、稳压控制、过流保护、过压保护、过热保护等功能。 KA5Q1265RF开关电源厚膜集成块主要用于长虹、海信等品牌的超级芯片彩色电视机的开关电源中，它具有外部元件少、工作稳定、输出功率大、自身功耗小、带负载能力强等特点，本文以长虹PF3495彩电为例（见图2），分析这种电源的工作原理及检修方法。一、工作原理 1. 振荡过程 220V交流市电经桥式整流和C810滤波后，在C810上得到300V左右的直流电压。该电压经开关变压器初级绕组（L1、L2绕组）加至厚膜元件（N801）的1脚（即内部开关管漏极），同时，300V直流电压还经启动电阻R821对C822充电，C822上的电压上升，从而使N801的3脚电压也上升。当C822上电压上升至15V

时，N801内部电路启动，并开始产生振荡脉冲，从而使电源电路进入工作状态。当电路振荡后，只要3脚电压不低于9V，它将继续维持振荡状态。一旦电源工作后，N801的3脚所索取的电流会增大，此时，由R821所提供的电流无法继续满足3脚的要求，因此，必须由开关变压器L3绕组上的开关脉冲经VD824整流、C822滤波后所产生的直流电压来给3脚供电，以满足3脚在正常工作时的供电要求。厚膜元件（N801）5脚外接同步自锁电路，由VD825、R826、C823及VD823等元件组成。开关变压器L3绕组上的脉冲电压经同步自锁电路送至N801的5脚，5脚每输入一个正脉冲，其内部比较器就会翻转一次，从而使内部振荡器的振荡状态及时得到调整，这样就确保了电源的振荡频率与5脚输入脉冲之间保持同步关系。使用同步自锁电路能使电源的稳压范围加大，并提高电源的带负载能力。第2页开关电源工作后，开关变压器各次级绕组会不断输出脉冲电压，这些脉冲电压经各自的整流、滤波电路处理后，输出+145V（+B电压）、+15V-1及+15V-2三路电压，分别给各自负载供电。+15V-1电压还经N883稳压成+5V电压，经V871和VD872组成的稳压电路稳压成+3.3V电压，给超级芯片微处理器部分供电。 2.稳压过程 R852A、R854、R854A及R855、R855A构成分压电路，主要用来对+B电压进行取样，并将取样电压送至V826（TL431）的1脚。V826为三端比较器（其内部结构在图中已画出），它是稳压环路中的核心元件，它能将输出的+B电压稳定在UO上，UO的大小由下式决定： UO=VREF×（1+R1/R2）=2.5×（1+R1/R2）上式中，VREF为TL431内部的基准电压，等于2.5V，R1表示R852A、R854、R854A三只电阻串、并联后的总阻值，R2表示R855、R855A两只电阻并联后的总阻值。若将图中的电阻阻值代入上式中，可以算出UO=145V。另外，从上式中还可发现，通过改变R1和R2的比值就可对输出电压的高低进行设计，但R1、R2 的阻值确定后，输出电压的高低也就稳定不变。稳压过程由V826、N830及N801内部有关电路来完成，稳压取样点设在+145V （+B电压）输出端上。当某种原因引起+B电压升高时，经电阻分压后，使V826的1脚电压也上升，流入其3脚的电流增大，光电耦合器（N830）中的发光二极管导通增强，发光强度增大，并使光电三极管导通也增强，厚膜元件（N801）4脚电压下降，经内部电路调节后，使开关管饱和时间缩短，开关变压器储能下降，+B电压也下降。当某种原因引起+B电压下降时，稳压过程相反。

开关电源各模块原理实图讲解

开关电源原理一、开关电源的电路组成：开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM 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整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。

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。三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是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、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量

计算机开关电源的工作原理与维修

计算机开关电源的工作原理与维修计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。对于电源产生的故障，不少朋友束手无策，其实，只要有一点电子电路知识，就可以轻松的维修电源。对ATX电源控制电路的工作原理进行了较详细的阐述，望能对广大维修者有所帮助。一、ATX型电源电路的组成及工作原理 ATX开关电源，电路按其组成功能分为：交流输入整流滤波电路、脉冲半桥功率变换电路、辅助电源电路、脉宽调制控制电路、PS-ON和PW-OK产生电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路。请参照图1和ATX电源电路原理图。 1.辅助电源电路只要有交流市电输入，ATX开关电源无论是否开启，其辅助电源一直在工作，为开关电源控制电路提供工作电压。市电经高压整流、滤波，输出约300V 直流脉动电压，一路经R72、R76至辅助电源开关管Q15基极，另一路经T3开关变压器的初级绕组加至Q15集电极，使Q15导通。T3反馈绕组的感应电势(上正下负)通过正反馈支路C44、R74加至Q15基极，使Q15饱和导通。反馈电流通过

R74、R78、Q15的b、e极等效电阻对电容C44充电，随着C44充电电压增加，流经Q15基极电流逐渐减小，T3反馈绕组感应电势反相(上负下正)，与C44电压叠加至Q15基极，Q15基极电位变负，开关管迅速截止。 Q15截止时，ZD6、D30、C41、R70组成Q15基极负偏压截止电路。反馈绕组感应电势的正端经C41、R70、D41至感应电势负端形成充电回路，C41负极负电压，Q15基极电位由于D30、ZD6的导通，被箝位在比C41负电压高约6.8V(二极管压降和稳压值)的负电位上。同时正反馈支路C44的充电电压经T3反馈绕组，R78，Q15的b、e极等效电阻，R74形成放电回路。随着C41充电电流逐渐减小，Ub电位上升，当Ub电位增加到Q15的b、e极的开启电压时，Q15再次导通，又进入下一个周期的振荡。 Q15饱和期间，T3二次绕组输出端的感应电势为负，整流管截止，流经一次绕组的导通电流以磁能的形式储存在T3辅助电源变压器中。当Q15由饱和转向截止时，二次绕组两个输出端的感应电势为正，T3储存的磁能转化为电能经BD5、BD6整流输出。其中BD5整流输出电压供Q16三端稳压器7805工作，Q16输出+5VSB，若该电压丢失，主板就不会自动唤醒ATX电源启动。BD6整流输出电压供给IC1脉宽调制TL494的12脚电源输入端，该芯片14脚输出稳压5V，提供ATX开关电源控制电路所有元件的工作电压。 2.PS-ON和PW-OK、脉宽调制电路 PS-ON信号控制IC1的4脚死区电压，待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，PS-ON信号高电平3.6V，IC10精密稳压电路WL431的Ur电位上升，Uk电位下降，Q7导通，稳压5V通过Q7的e、c极，R80、D25和D40送入IC1的4脚，当4脚电压超过3V时，封锁8、11脚的调制脉宽输出，使T2推动变压器、T1主电源开关变压器停振，停止提供+3.3V、±5V、±12V的输出电压。受控启动后，PS-ON信号由主板启闭控制电路的电子开关接地，IC10的Ur为零电位，Uk电位升至+5V，Q7截止，c极为零电位，IC1的4脚低电平，允许8、11脚输出脉宽调制信号。IC1的输出方式控制端13脚接稳压5V，脉宽调制器为并联推挽式输出，8、11脚输出相位差180度的脉宽调制控制信号，输出频率为IC1的5、6脚外接定时阻容元件的振荡频率的一半，控制Q3、Q4的c极所接T2推动变压器初级绕组的激励振荡，T2次级它激振荡产生的感应电势作用于T1主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成+3.3V、±5V、±12V 的输出电压。推动管Q3、Q4发射极所接的D17、D18以及C17用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极有低电平脉冲时能可靠截止。C31用于通电瞬间封锁IC1的8、11脚输出脉冲，ATX电源带电瞬间，由于C31两端电压不能突变，IC1的4脚出现高电平，8、11脚无驱动脉冲输出。随着C31的充电，IC1的启动由PS-ON 信号控制。 PW-OK产生电路由IC5电压比较器LM393、Q21、C60及其周边元件构成。待机时IC1的反馈控制端3脚为低电平，Q21饱和导通，IC5的3脚正端输入低电位，小于2脚负端输入的固定分压比，1脚低电位，PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命休闲状态。受控启动后IC1的3脚电位上升，Q21由饱和导通进入放大状态，e极电位由稳压5V经R104对C60

开关电源工作原理及维修技巧

一、开关电源的工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能负载为开关和T的缩写为TRC 1 2 定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。 3、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。

二、开关电源的维修技巧和常见故障 1、维修技巧开关电源的维修可分为两步进行：断电情况下，“看、闻、问、量”看：打开电源的外壳，检查保险丝是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB 起振，保护电路是否动作等，若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压，如果电压超出规定值，则说明电源处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。

2、常见故障保险丝熔断一般情况下，保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电压、大电流的状态下，电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。重点应检查电源输入端的整流二极管，高压滤波电解出说明前级电路工作正常，故障出在高频整流滤波电路中。高频滤波电路主要由整流二极管及低压滤波电容组成直流电压输出，其中整流二极管击穿会使该电路无电压输出，滤波电容漏电会造成输出电压不稳等故障。用万用表静态测量对应元件即可检查出其损坏的元件。例：某一24伏直流电机供电电源通电

后无直流24伏输出，拆开电源外壳，观察保险丝未烧断且电路板无明显的烧焦处或破裂元件，在未通电情况下量AC输入端阻值和DC输出端阻值正常，量开关管、整流桥、整流管等重要元件正常，故判断不存在内部严重短路的可能，估计保护电路动作。经检查此开关电源采用U3842PWM控制芯片，经查找相关的资料得知，当U3842芯片的3端电压高于1伏时，内部电流敏感比较器输出伏，6 1 2、我们在完成上述检测之后，接通电源后如还不能正常工作，接着我们就要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM)，查阅相关资料，熟悉PFC和PWM 模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。

开关电源原理与设计(6)word文档

开关电源原理与设计（连载九）并联式开关电源输出电压滤波电路时间：2013-11-01 来源：作者： 1-4-2.并联式开关电源输出电压滤波电路上面已经知道，当并联式开关电源不带输出电压滤波电路时，输出脉冲电压的幅度将非常高。但在应用中，大多数并联式开关电源输出电压还是经过整流滤波后的直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。图1-12是带有整流滤波功能的并联式开关电源工作原理图。图1-12中，Ui 是开关电源的工作电压，L是储能电感，eL为电流iL在储能电感两端产生的反电动势，K是控制开关，R是负载。而图1-13、图1-14、图1-15分别是并联式开关电源控制开关K工作于占空比为0.5、< 0.5、> 0.5时，图1-12电路中各点的电压、电流波形。图图1-13、图1-14、图1-15中Ui是开关电源的输入电压，uo是控制开关K两端的输出电压，uc是滤波电容两端的输出电压，Up是开关电源输出的峰值电压，Uo是开关电源输出电压(平均值)，Ua是开关电源输出的平均电压， iL是流过储能电感L的电流，iLm是流过储能电感L电流的最大值，Io是流过负载R的电流(平均值)。当控制开关K接通时，输入电源Ui开始对储能电感L加电，流过储能电感L 的电流iL开始增加，同时电流在储能电感中也要产生反电动势eL;当控制开关K由接通转为关断的时候，储能电感也会产生反电动势eL。eL反电动势的方向与开关K 关断前的方向相反，但与电流的方向相同，因此，在控制开关K两端的输出电压uo 等于输入电压Ui与反电动势eL之和。因此，在Ton期间：

eL = Ldi/dt = Ui —— K接通期间 (1-43)

三极管开关电源的原理及其应用

三极管开关原理[2009年05月21日] 2009-05-21 22:09 图1 NPN 三极管共射极电路图2 共射极电路输出特性曲图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (V BE亦趋近于0)，

C 极与E 极间约呈断路状态，I C = 0，V CE = V CC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(V BE = 0.7 V)，I C =h F E I B呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc h FE I B可被I B操控。若三极管在饱和区，I B很大，V BE= 0.8 V，V CE = 0.2 V，V BC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc，Ic与I B无关了，因此时的I B大过线性放大区的I B值，Ic

开关电源课程设计

太原理工大学课程设计任务书指导教师签名：日期：

前言随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。反激式开关电源以其设计简单，体积小巧等优势，广泛应用于小功率场合。开关电源以其小型、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备和系统中，其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。本论文根据输入电压经EMI滤波设计整流桥，再与直流变压器开关管构成反激电路。通过输出反馈经UC3842控制占空比，从而使输出电压稳定。反激电路中开关管开通原边线圈储存能量，副边不导通。原边关断时，线圈储存的能量通过互感向负载提供能量。输出电压反馈由TL431和光耦构成，当输出稳定时，有一个稳定的电流；当输出电压增大时，TL431分流增加，发光二极管亮度改变，使三级管电流改变，致使开关管控制导通占空比改变，从而使输出电压减小。另外，芯片UC3842引脚接一电流反馈，通过控制分压值实现截流保护，防止输出过电流。设计中，直流变压器的设计是重点，需要计算其原边电感，原副边匝数，铁芯的选择，根据这些参数构造电路图，计算各电容电阻值及二极管承受的反压，选择合适的型号。论文先介绍了开关电源及反激式开关电源，然后介绍器件选型，再分部分介绍主电路、控制电路和保护电路，最后附表为选择时参数参考表和总电路图。

目录前言第一章开关电源概述 (1) 1.1开关电源综述 (1) 1.2反激式开关电源介绍 (2) 第二章总体方案的确定 (2) 2.1总体设计思路及框图 (2) 2.2仿真原理图 (3) 第三章具体电路设计 (5) 3.1EMI滤波电路 (5) 3.2整流滤波电路设计 (6) 3.3高频变压器的设计 (7) 3.4控制反馈电路的设计 (15) 3.5保护电路的设计 (17) 3.6输出侧滤波电路设计 (18) 第四章电路仿真与结果 (19) 4.1 EMI滤波电路 (19) 4.2整流电路 (21) 4.3反激型电路 (22) 4.4反馈电路 (23) 4.5总电路 (24) 心得体会 (25) 参考文献 (26)

开关电源原理与应用讲义

开关电源的原理与应用课件下载方法：进入综合信息门户－教学资源－网络教学综合平台中，在课程编号中输入（0806034034）－出现（开关电源的原理与应用）点击进入后－左侧信息中点击（课程互动）－左侧信息中点击（教学材料）－显示（开关电源讲义－-2011）－点击后显示（开关电源的原理与应用）-点击下载序论开关电源的技术领域－属于电力电子技术电力电子技术－电力学、电子技术、控制理论三个学科的交叉１.电力电子技术的概念及研究领域电力电子技术（Power Electronics）是以电力电子器件（Power Electronic Device）为基础，利用电路和控制理论对电能进行交换和控制的技术，即应用于电力应用领域的电子技术。电力电子技术也称为电力电子学或功率电子学。电力电子技术由电力学、电子学、和控制理论三个学科交叉形成，是目前较为活跃的应用型学科。电力电子技术通常分为器件的制造技术和电力电子电路的应用技术即变流技术两大部分。其中，器件制造技术包括各种电力电子器件的设计、制造、参数测试、模型分析等。而目前所用的电力电子器件基本都采用半导体材料制成，所以电力电子器件也称为电力半导体器件。电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电能有交流（Alternating Current, AC）和直流（Direct Current, DC）两大类。交流电能有电压大小、相位、频率和相数的差别，直流电能有大小和极性的差别。在电能的实际应用中，常常需要在两种电能之间，或是对同一种电能的一个或多个参数（如电压、电流、频率等）进行变换，这就是电力变换（Power Conversion），也就

开关电源工作原理详细解析

开关电源工作原理详细解析个人PC所采用的电源都是基于一种名为―开关模式‖的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC 交流电转化为脉动电压（配图1和2中的―3‖）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的―4‖）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC 直流电输出了（配图1和2中的―5‖）配图1：标准的线性电源设计图

开关电源原理与维修

电脑开关电源制作及工作原理直流稳压电源的组成直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电的电路，一般由降压、整流、滤波和稳压等几部分组成（见图16-1）。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。图16-1 直流稳压电源组成桥式整流电路图16-2为桥式整流电路，图中V 1、V 2、V 3、V 4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。 1．工作原理和输出波形设变压器二次电压222sin()u U t ω=，波形如电压、电流波形图(a)所示。在u 2的正半周，即a 点为正，b 点为负时，V 1、V 3承受正向电压而导通，此时有电流流过R L ，电流路径为a→V 1→R L →V 3→b ，此时V 2、V 4因反偏而截止，负载R L 上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0～π段所示。若略去二极管的正向压降，则u O ≈u 2。电压、电流波形在u 2的负半周，即a 点为负b 点为正时，V 1、V 3因反偏而截止，V 2、V 4正偏而导通，此时有电流流过R L ，电流路径为b→V 2→R L →V 4→a 。这时R L 上得到一个与0～π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π～2π段所示，若略去二极管的正向压降，u Ｏ≈-u 2。由此可见，在交流电压u 2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL ，故R L 上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为u Ｏ=2×0.45U 2=0.9U 2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u 2的正半周，V 1、V 3导通时，可将它们看成短路，这样V 2、V 4就并联在u 2上，其承受的反向峰值电压为22RM U U =。同理，V 2、V 4导通时，V 1、V 3截止，其承受的反向峰值电压也为22RM U U = 。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。