开关电源电路(6篇)

开关电源电路篇1

关键词：开关电源；单端反激；高频变压器；双反馈

中图分类号：TN702?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）14?0162?04

Designofmulti?channelswitchingpowersupplywithsingle?endedflyback

HUZhi?qiang1，WANGGai?yun1，WANGYuan2

（1.GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China；2.ShandongHuayuVocationalCollege，Dezhou253034，China）

Abstract：ATOP223Y?basedswitchingpowersupplywithmulti?channeloutputsingle?endflybackAC/DCmodulewasdesigned.PeripheralcircuitsareanalyzedbyTOPSwitchseriessingle?chipswitchingpowersupplychipandthefeedbacksystemcomposedofTL431andPC817A.TheAC/DCswitchingpowersupplywhosevoltagestabilizationadjustingweightis0.6and0.4withtheoutputsof+5V/3Aand+12V/1Awasdesigned.Theexperimentalresultsshowthattheswitchingpowersupplyhashighefficiency，smallripple，highoutputaccuracyandhighstability.

Keywords：switchingpowersupply；single?endedflyback；high?frequencytransformer；doublefeedback

单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。美国PI公司的TOPSwitch系列器件即是一种新型三端离线式单片高频开关电源芯片，开关频率fs高达100kHz，此芯片将PWM控制器、高耐压功率MOSFET、保护电路等高度集成，连接少许器件即可使用[1?2]。本文介绍了一种基于TOP223Y输出为+5V/3A，+12V/1A的单端反激式开关电源的设计原理和方法。

1设计原理

开关电源是涉及众多学科的一门应用领域，通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的，能够实现AC/DC或者DC/DC转换。

TOP223Y共三个端：控制极C、源极S、漏极D。因只有漏极D用作脉宽调制功率控制输出，故称单端；高频变压器在功率开关导通时只是将能量存储在初级绕组中，起到电感的作用，在功率开关关闭时才将能量传递给次级绕组，起变压作用，故称反激式[1]。

图1开关电源控制原理框图

电路功能部分主要由输入/输出整流滤波、功率变换、反馈电路组成。工作原理简述为：220V市电交流经过整流滤波得到直流电压，再经TOP223Y脉宽调制和高频变压器DC?AC变换得到高频矩形波电压，最后经输出整流滤波得到品质优良的直流电压，同时反馈回路通过对输出电压的采样、比较和放大处理，将得到的电流信号输入到TOP223Y的控制端C，控制占空比调节输出，使输出电压稳定。

2设计要求

设计作为某智能仪器的供电电源，具体的参数要求如下：交流输入电压最小值：VACMIN=85V；交流输入电压最大值：VACMAX=265V；输出：U1：+5V/3A；U2：+12V/1A；输出功率：Po=27W；偏置电压：VB=12V；电网频率fL=50Hz；开关频率fs=100kHz；纹波电压：小于100mV；电源效率：η大于80%；损耗分配因数Z为0.5；功率因数为0.5。

3设计实例

本设计是基于TOP223Y的多路单端反激式开关电源，性能优越，便于集成。电路原理如图2所示，可分为输入保护电路、输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈回路、控制电路7个部分。

图2开关电源电路原理图

3.1输入保护电路

由保险丝F1、热敏电阻RT和压敏电阻RV组成，对输入端进行过电压、过电流保护。

保险丝F1用于当线路出现故障产生过电流时切断电路，保护电路元器件不被损坏，其额定电流IF1按照IF1>2IACRMS选择3A/250VAC保险丝，其中IACRMS为原边有效电流值。热敏电阻RT用以吸收开机浪涌电流，避免瞬间电流过大，对整流二极管和保险丝带来冲击，造成损坏，加入热敏电阻可以有效提高电源设计的安全系数，其阻值按照RRT1>0.014VACMAX/IACRMS选择10D?11（10Ω/2.4A）。压敏电阻RV能在断开交流输入时提供放电通路，以防止大电流冲击，同时对冲击电压也有较好钳位作用。RV选取MY31?270/3，标称值为220V。

3.2输入整流滤波电路

由EMI滤波电路、整流电路、稳压电路组成。

EMI滤波电路针对来自电网噪声干扰。采用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2构成典型的Π型滤波器。

CX1和CX2用来滤除来自电网的差模干扰，称为X电容，通常取值100～220nF，这里取100μF；CY1和CY2用来滤除来自电网的共模干扰，称为Y电容，通常取值为1～4.7nF，这里取2.2nF；同样用来消除共模干扰的共模电感L1的取值8～33mH，这里取8mH，采取双线并绕。

输入整流电路选择不可控全波整流桥。整流桥的反向耐压值应大于1.25倍的最大直流输入电压，整流桥的额定电流应大于两倍的交流输入的有效值，计算后选择反向击穿电压为560V，额定电流为3A的KBP306整流桥。

在当前的供电条件下，输入储能电容器CIN的值根据输出功率按照2～3μF/W来取值，考虑余量，取CIN=100μF/400V的电解电容。假设整流桥中二极管导通时间为tc=3ms，可由：

（1）

（2）

得到输入直流电压的最小值和最大值。

3.3钳位保护电路

当功率开关关断时，由于漏感的影响，高频变压器的初级绕组上会产生反射电压和尖峰电压，这些电压会直接施加在TOPSwitch芯片的漏极上，不加保护极容易使功率开关MOSFET烧坏。加入由R1、C2和VD1组成经典的RCD钳位保护电路，则可以有效地吸收尖峰冲击将漏极电压钳位在200V左右，保护芯片不受损坏。推荐钳位电阻R1取27kΩ/2W，VD1钳位阻断二极管快恢复二极管耐压800V的FR106，钳位电容选取22nF/600V的CBB电容。

3.4高频变压器

3.4.1磁芯的选择

磁芯是制造高频变压器的重要组成，设计时合理、正确地选择磁芯材料、参数、结构，对变压器的使用性能和可靠性，将产生至关重要的影响。高频变压器磁芯只工作在磁滞回线的第一象限。在开关管导通时只储存能量，而在截止时向负载传递能量。因为开关频率为100kHz，属于比较高的类型，所以选择材料时选择在此频率下效率较高的铁氧体，由：

（3）

估算磁芯有效截面积为0.71cm2，根据计算出的考虑到阈量，查阅磁芯手册，选取EE2825，其磁芯长度A=28mm，有效截面积SJ=0.869cm2，有效磁路长度L=5.77cm，磁芯的等效电感AL=3.3μH/匝2，骨架宽度Bw=9.60mm。

3.4.2初级线圈的参数[3]

（1）最大占空比。根据式（1），代入数据：宽范围输入时，次级反射到初级的反射电压VoR取135V，查阅TOP223Y数据手册知MOSFET导通时的漏极至源极的电压VDS=10V，则：

（4）

（2）设置。KRP=，其中IR为初级纹波电流；IP为初级峰值电流；KRP用以表征开关电源的工作模式（连续、非连续）。连续模式时KRP小于1，非连续模式KRP大于1。对于KRP的选取，一般由最小值选起，即当电网入电压为100VAC/115VAC或者通用输入时，KRP=0.4；当电网输入电压为230VAC时，取KRP=0.6。当选取的KRP较小时，可以选用小功率的功率开关，但高频变压器体积相对要大，反之，当选取的KRP较大时，高频变压器体积相对较小，但需要较大功率的功率开关。对于KRP的选取需要根据实际不断调整取最佳。

（3）初级线圈的电流

初级平均输入电流值（单位：A）：

（5）

初级峰值电流值（单位：A）：

（6）

初级脉动（纹波）电流值（单位：A）：

初级有效电流值（均方根值RMS（单位：A））：

（7）

查阅手册，由：

（8）

可知，选取合适。TOPSwitch器件的选择遵循的原则是选择功率容量足够的最小的型号。

（4）变压器初级电感

（9）

（5）气隙长度

（10）

Lg>0.051mm，参数合适，μy为常数4π×10?7H/m。

3.4.3初级次级绕组匝数[4]

当电网电压为230V和通用输入220V时：每伏特取0.6匝，即KNS=0.6。由于输出侧采用较大功率的肖特基二极管用作输出整流二极管，因此VD取0.7V，磁芯的最大工作磁通密度在BM在2000～3000GS范围内。偏置二极管VDB的压降取0.7V，偏置电压VB取12V。

初级绕组匝数：

（10）

次级绕组匝数：

（11）

（12）

偏置绕组匝数：

（13）

3.5输出整流滤波电路

由整流二极管、滤波电容和平波电感组成。将次级绕组的高频方波电压转变成脉动的直流电压，再通过输出滤波电路滤除高频纹波，使输出端获得稳定的直流电压。肖特基二极管正向导通损耗小、反向恢复时问短，在降低反向恢复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有明显的性能优势，所以选用肖特基二极管作为整流二极管，参数根据最大反向峰值电压VR选择，同时二极管的额定电流应该至少为最大输出电流的3～5倍。次级绕组的反向峰值电压VSM为：

（14）

（15）

式中：VS为次级绕组的输出电压；VACMAX为输入交流电压最大值，则：

（16）

（17）

则VR1=22V，VR2=57.1V，VD2，VD3，VD4均选择MBR1060CT，最大反向电压60V，最大整流电流10A。RC串联谐振可以消除尖峰脉冲，防止二极管击穿。

第一级滤波电容的选择由式（18）确定：

（18）

式中：Iout是输出端的额定电流，单位为A；Dmin是在高输入电压和轻载下所估计的最小占空比（估计值为0.3）；V（PK?PK）是最大的输出电压纹波峰峰值，单位为mV。计算得出后考虑阈值C6取100μF/10V，C8取220μF/35V。

第二级经LC滤波使不满足纹波要求的电压再次滤波。输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，在这里可以选择C7取22μF/10V，C9取10μF/35V。C5取经验值0.1μF/25V。输出滤波电感根据经验取2.2～4.7μH，采用3.3μH的穿心电感，能主动抑制开关噪声的产生。为减少共模干扰，在输出的地与高压侧的地之间接共模抑制电容C15。

3.6反馈回路设计

开关电源的反馈电路有四种类型：基本反馈电路、改进型基本反馈电路、配稳压管的光耦反馈电路、配TL431的光耦反馈电路。本设计采用电压调整率精度高的可调式精密并联稳压器TL431加线形光耦PC817A构成反馈回路。

TL431通过电路取样电阻来检测输出电压的变化量ΔU，然后将采样电压送入TL431的输入控制端，与TL431的2.5V参考电压进行比较，输出电压UK也发生相应变化，从而使线性光电耦合器中的发光二极管工作电流发生线性变化，光电耦合器输出电流。

经过光电耦合器和TL431组成的外部误差放大器，调节TOP223Y控制端C的电流IC，调整占空比D（IC与D成反比），从而使输出电压变化，达到稳定输出电压的目的。

对于电路中的反馈部分，开关电源反馈电路仅从一路输出回路引出反馈信号，其余未加反馈电路。这样，当5V输出的负载电流发生变化时，定会影响12V输出的稳定性。

解决方法是给12V输出也增加反馈电路。另外，电路中C10为TL431的频率补偿电容，可以提高TL431的瞬态频率响应。R5为光电耦合器的限流电阻，R5的大小决定控制环路的增益。电容器C13为软启动电容器，可以消除刚启动电源时芯片产生的电压过冲。

下面主要是确定R4～R8的值：

按照应用要求，对5V电源要求较高，但也要兼顾12V电源，权衡反馈量，将R7，R8的反馈权值均设置为0.6，0.4，各个输出的稳定性均得到保障和提高。

只有5V输出有反馈时，如R4，R7取值均为10kΩ，此时电流=250μA，分权后，R7分得150μA、R8分得150μA。根据TL431的特性知，Vo，VREF，R7，R8，R4之间存在以下关系：

（19）

（20）

式中：VREF为TL431参考端电压，为2.5V；Vo为TL431输出电压。根据电流分配关系得（单位：kΩ）：

（21）

（22）

又由电路可知：

（23）

式中：VF为光耦二极管的正向压降，由PC817技术手册知，典型值为1.2V。先取R5=390Ω，可得R6=139Ω，取标称值150Ω。

3.7控制回路

由电容C7和电阻R12串联组成。C9用来滤除控制端的尖峰电压并决定自动重启动时序，并和R12一起设定控制环路的主极点为反馈控制回路进行环路补偿。由数据手册知，C9选择47μF/25V的电解电容，当C9=47μF时，自动重启频率为1.2Hz，即每隔0.83s检测一次调节失控故障是否已经被排除，若确认已被排除，就自动重启开关电源恢复正常工作[1]。R12取6.2Ω。

4实验结果及分析

根据以上的设计方法和规范，设计出的一种基于TOP223Y双路+5V/3A，+12V/1A输出的反激式开关电源。在宽范围85～265VAC的输入范围下对其性能进行了测试，如表1所示。

表1开关电源输入性能测试数据（部分）

由以上选取的实验数据得出，+5V/3A（反馈权重0.6，负载500Ω）输出的电压调整率为SV=±0.18%，输出的纹波电压为39mV，输出的最大电流为3.2A；

+12V/1A（反馈权重0.4，负载750Ω）输出的电压调整率为SV=±0.3%，输出的纹波电压为68mV，输出的最大电流为1.10A。

该电源在满载状态时，功率可达27.6W，最大占空比为0.60，电源效率为83.1%，开关电源具有良好的性能，满足应用要求。

6结语

本开关电源的设计，芯片的高度集成化，电路设计简单。电源的性能通过参数的调节仍有提升的空间。双输出双反馈异权重的设计使开关电源的更加实用灵活，不同的保护电路的设计，使电源的实用更加安全可靠，该电源在实际应用中表现良好。

参考文献

[1]杨立杰.多路输出单端反激式开关电源设计[J].现代电子技术，2007，30（3）：24?31.

[2]马瑞卿，任先进.一种基于TOP224Y的单片开关电源设计[J].计算机测量与控制，2007，15（2）：225?227.

[3]潘腾，林明耀，李强.基于TOP224Y芯片的单端反激式开关电源[J].电力电子技术，2003（2）：20?22.

[4]赵祥，方方，马柯帆，等.基于TOP261YN芯片的多路输出单端反激式开关电源的设计[J].核电子学与探测技术，2010（11）：1529?1532.

[5]戚本宇.多路输出单端反激式开关电源设计[D].淄博：山东理工大学，2012.

[6]房雪莲.基于UC3845的非隔离反激式输出可调开关电源设计[J].现代电子技术，2012，35（16）：174?177.

开关电源电路篇2

关键词：开关电源;原理;原理框图;电路图

电子技术教学中，我们有的教师对开关电源部分内容常常忽视，这与目前生产、生活实际是不符，本文根据自己的教学实践，对开关电源教学谈一些认识。

一、明确开关电源教学的重要性

简单的分类，直流稳压电源有串联型线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源。串联型线性直流稳压电源由整流、滤波、稳压等部分组成，稳压部分的调整部分工作在线性状态，学生易理解，掌握串联型线性直流稳压电源的工作原理和进行实际电路分析也是较为容易的。

开关电源（SwitchingModePowerSupply，SMPS）采用“交流直流交流直流”变换技术，是一种组合变流电路，包括由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成的主电路，以及控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。开关电源较直流线性稳压电源复杂，但开关电源功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%―30%，目前它已成为稳压电源的主流产品。因此我们在教学时应重视开关电源这部分内容，不要淡化它。

二、读懂开关电源原理框图

要理解开关电源工作原理，会分析开关电源电路图，那就要读懂开关电源原理框图。下图就是典型的开关直流稳压电源原理框图。

图1开关直流稳压电源原理框图

（一）框图组成

框图由主电路、控制电路、检测比较放大电路、辅助电源四大部份组成。

1.主电路。主电路即完成“交流直流交流直流”变换的功能电路部分，由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;冲击电流限幅部分功能：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流;输入滤波器功能：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;输入侧整流与滤波：将电网送来的交流电直接整流滤波为较平滑的直流电;逆变：利用开关调整电路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;输出侧整流与滤波：根据负载需要，将高频交流电进行整流与滤波，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（开关调整电路），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。

（二）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（开关管），开关元件以一定时间间隔重复地接通和断开，在开关元件接通时输入侧整流滤波的直流电通过逆变器（开关管）、输出侧整流滤波电路向负载提供能量，当开关元件断开时，电路中的储能装置（有电感、电容等组成）向负载释放开关接通时所储存的能量，使负载得到连续稳定的能量。

根据开关电源输出的直流电压情况，经过取样进行检测比较放大得到反映输出电压稳定情况的误差信号，将其送入控制电路产生控制信号，控制信号经驱动电路后对逆变器的开关元件的占空比（导通时间与周期之比）进行控制，这样传到输出端的能量得到调整，即调整输出电压使其稳定。

三、读懂开关电源电路图

读开关电源电路图，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定顺序逐步进行。首先，找到来自电网的交流电位置（即“信号”入口，）和直流稳压电源稳定电压输出位置（“信号”出口）;其次，找到开关电源电路的主电路（“主信号”电路，正向电路），它由冲击电流限幅、输入滤波器、输入侧整流与滤波、逆变、输出侧整流与滤波等部分组成;找到反馈控制电路，它由取样比较放大、时钟振荡电路、脉宽（脉频）调制电路、驱动电路等组成;最后对开关稳压电源的主电路和反馈控制电路的各组成部分进行分析，分析出各部分的功能和作用，具体到每一个元器件的功能和作用;完成以上分析后，引导学生再回头体会开关稳压电源的原理，会有更深刻的理解。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。作为电子技术的教学专业人员，有必要将开关电源这部分教学内容向学生讲清楚，讲明白。

参考文献：

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社.2009.

开关电源电路篇3

关键词：煤矿；安全开关；电源；设计

煤炭在我国的能源结构中占有重要地位，我国的煤炭产量占世界煤炭总产量的35%以上。但是，在煤炭的生产过程中，由于各种因素的影响，矿井下会产生大量的易燃易爆气体以及粉尘等，极易引发爆炸以及火灾等事故，对煤矿生产以及工人的生命财产安全造成严重影响。近年来，随着科学技术的快速发展，很多检测仪器、通讯设备、监控系统以及报警装置等被广泛运用到煤矿井下生产过程中。这些用电设备在煤矿生产中，由于各种因素的影响，可能会产生短路、漏电以及电火花等事故，煤炭井下用电安全问题已经引起社会的高度关注。

1煤矿井下安全开关电源电路放电特性分析

在当前我国的能源结构中，煤矿仍然是支撑我国经济社会发展的重要组成部分。在煤矿井下生产过程中，由于各种因素的影响，难免会发生爆炸等危险，造成严重的人员伤亡以及财产损失等。因此，在煤矿井下生产中，应当高度重视安全开关电源设计。根据煤矿井下安全开关电源的要求，应当严格控制电路的火花放电能量，包括电路放电的电流、电压以及放电时间等。同时，煤矿井下安全开关电源还应当具有稳压、限流等功能，并且能够在特殊情况下采取快速切断保护措施，确保满足煤矿安全生产的相关要求。而由于煤矿井下安全开关电源电路中含有很多电容、电感等储能元器件，这些元器件会对电源电流的输出产生直接影响。因此，在对煤矿井下安全开关电源进行设计的时候，首先应当熟悉电容、电感放电等过程，掌握其放电的基本原理，在此基础上，才能设计出符合安全要求的煤矿井下安全开关电源。

1.1煤矿井下电路产生电火花的规律

在易燃、易爆的环境下，电气设备在运行过程中产生出大量的电火花，在达到爆炸性气体临界值的状态下，会引燃周围爆炸性物质，造成严重的后果。因此，必须要重视研究煤矿井下电路电火花的规律，努力从源头消除其危害。大量研究表明，煤矿井下电路放电主要包括三种类型：电弧放电、辉光放电以及火花放电，或者这三种类型同时出现。一般来说，电弧放电是在电压以及电流都不高的情况下出现的，由于某种不稳定的放电经过转化产生。在电流很小而且处于低电压的状态下，因为开关器件所具有的特殊性质，电路发生切换时会产生电弧放电现象。而辉光放电则是在高电压、小电流的情况下产生的。由于这种情况很特殊，在实际的煤矿井下电路运行中非常少见。由于煤矿井下电源电路在一般情况下带有电容和电感的，电路在导通以及断开的过程中，由于击穿了放电间隙，会发生电火花放电现象，这就是火花放电产生的主要原因。

1.2电容性电路放电特性

煤矿井下安全开关电源应当充分满足电气设备性能指标的要求，确保电气设备的安全运行。其中，电容、电感的影响较大。如果取值太大，那么相应的输出短路释放出的能量就会显著增加，而如果取值太小，就会增加开关管中的电流应力，导致输出纹波电压变大，严重影响到输出电压的稳定性。所以，在取值过程中，应当充分考虑到电气设备性能指标的要求，合理的取值是影响煤矿井下安全开关电源设计的关键性因素。在一般情况下，煤矿井下安全开关电源的输出端，会存在较大的输出电容，当出现输出短路等问题时，就会对电源安全性能产生较大危害。一般来说，要想在电容性电路放电过程中点燃气体混合物，就必须要同时满足能量、功率等要求，如果仅仅满足单个条件，即使放电时间很长，也无法点燃气体混合物。在很多时候，人们把电容性电路放电过程分为火花放电、放电维持以及极间放电结束等阶段。大量研究成果表明，在电容性电路整个放电过程中，第一阶段的能量变化最大，因而也是最有威胁性的。随着放电间隙的击穿，放电电流以及瞬时功率几乎在同一时达到最大值。可见，由于电容性电路的放电具有电压变化快、电流变化显著以及放电能量集中等特征，因此，放电引爆混合性气体的破坏后果非常严重。

1.3电感在电容火花放电中的影响

由于煤矿井下安全电源线路回路中同时存在电容、电感这两种储能元器件，而电感的存在会对煤矿井下安全开关电源的设计产生出一定的影响。因此，要高度重视电感及其在电容火花放电中的影响进行研究。研究表明，煤矿井下安全电源电路中的初始电压以及所选取的电感数值的不同，都会对电容火花放电过程中电流的变动情况产生出明显的影响。而由于电阻的存在，会对电容火花放电造成一定的能量损耗，因此，通过串联电感能够在一定程度上减缓电容火花放电的电流增长速率，使其延迟达到电流峰值的时间，从而避免煤矿井下危险环境中可燃气体的爆炸。

2煤矿井下安全开关电源的设计

由于在煤矿井下的易燃易爆的危险环境下工作，因此，与一般的开关电源相比，安全开关电源具有特殊要求。首先，必须有安全保护电路限制能量。依靠安全保护电路，煤矿井下安全开关电源可以有效限制故障状态下火花放电能量，包括限制放电电压、电流以及放电时间等。在安全开关电源的输出功率小，对电压的稳定性要求不高的时候，可以通过在电源输出端进行串联限流电阻的方式降低放电能量。如果安全开关电源的输出功率较大，就应当加入过流、过压多重保护电路，确保安全开关电源的安全输出。其次，重视电气隔离。电气隔离指的是安全开关电源的输出端与输入端要有电气隔离，防止能量由非本安的输入端传递至输出端，对输出端的安全性能产生不利影响。在多路输出时，一定要进行隔离处理，以限制火花放电的能量，充分满足电源线路的安全运行要求。再次，确保不间断供电。在煤矿井下承担着检测、监控以及报警等职能的电器设备必须能够在电网断电之后可以继续工作。然而，煤矿井下的供电质量比较差，经常会出现电网断电的情况，这就要求安全开关电源能够不间断供电，以确保矿井下电气设备的正常工作与运行，提高煤矿生产安全性能。最后，煤矿井下电源电路能够提供多重化保护。电源的隔离、保护以及可靠性组件的设计要确保安全等级的双重化或多重化，根据相关国家标准，煤矿井下电气设备必须满足ib等级要求，保护电路要进行多重化设计。

2.1煤矿井下安全开关电源技术指标及结构设计

根据煤矿井下安全开关电源的工作需要，其设计技术指标主要包括：额定输入电压127VAC，频率50HZ；额定输出电压12V；纹波电压小于2%Vo；开关频率200kHZ。煤矿井下安全开关电源将交流电127V转变成直流电12V。电源结构图如图1所示。交流电经过整流、滤波等环节，成为纹波较大的直流电。在Buck-Boost变换器的作用下，经双重过压、过流保护电路之后，输出12V直流电。由于安全开关电源主要是在煤矿井下这种危险性的条件下使用，因此，为了安全的需要，必须要有双重过压、过流保护电路。煤矿井下安全开关电源结构主要包括输入滤波电路、整流滤波电路、备用电源、Buck-Boost变换器、多重过压、过流保护电路等，最终实现安全输出。其总体结构框图如图1所示。

图1电源总体结构框架图

2.2电路参数设计及选型分析

电路参数设计的主要内容包括功率器件的选型、备用电源以及控制芯片的选取等

首先，功率器件的选型包括开关管和二极管的选型。开关管在进行选型时，Buck-Boost变换器的开关管S选型必须符合下列要求：首先，开关管输出电流的额定值Ivt>ILp=1.1A；其次，开关管漏极与源极之间所承受的最大电压UDS，max>1.5（Vi，max+Vo）。而Buck-Boost变换器中二极管的选型应当满足下列条件：峰值电流必须大于变换器的输出电流（1A）；反向最大耐压值应大于输出电压的最大值1.5（Vimax+Vo）≈50V。

其次，关于备用电源的选取。对于煤矿井下安全防爆电源来说，备用电源与主电路之间有很多不同的接线方法，备用电源的种类也非常多，比较常见的是锂电池和铅蓄电池。在很多煤矿井下安全开关电源设计中，电路选用的是额定电压为24V，容量2Ah的蓄电池，这种蓄电池在充电完成之后，可达到2小时的工作时长。

最后，在选取控制芯片过程中，通过电压控制技术实现PWM，这只是通过输出电压进行信号反馈，是一个单环控制。在此基础上，通过电流控制型PWM，采用电流控制技术来调节脉宽，在电路结构上增加了电流反馈环，达到控制开关管峰值电流的目的。如果在运行中出现故障，可以限制瞬时峰值电流。由于采用电压和电流两种控制手段，所以，对于电压调整率、负载调整率以及瞬态响应等进行了改善与处理，这是一种比较有效的控制器件。

2.3电容、电感的选取

在煤矿井下安全开关电源的设计过程中，使用到了很多电容和电感，这些电容电感会对电源的安全稳定运行起到极为重要的作用。因此，要高度重视电容、电感的选取。电容有很多类型，包括安规电容、涤纶电容、云母电容以及电解电容等。不同类型的电容会对煤矿井下安全开关电源的性能产生直接影响。例如，使用滤波电容，将会影响到安全开关电源输出电压的稳定性以及抗干扰能力。因此，应该根据容量、特点以及应用场合等的需要选择不同的电容。在电感的设计中，由于电感是煤矿井下安全开关电源常用的元件，一般用作蓄能元件，或者与电容一起用在滤波电路中。煤矿井下安全开关电源设计，在输入整流滤波电路和输出整流电路中，都会使用到电感元件，主要用于平滑电流，避免产生较大电压。

3结束语

安全开关电源是煤矿井下生产的关键性设备，其安全、高效以及稳定等特点，成为煤矿井下供电的重要供电电源。因此，在设计煤矿井下安全开关电源时，应当充分考虑到电路放电特性，研究安全开关电源技术指标，分析电路参数，合理选择电容和电感，确保电路安全运行和煤矿的安全生产。

参考文献

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[2]林引.矿用高可靠性本安型传感器电源电路设计与实现[J].煤炭科学技术，2013（6）.

开关电源电路篇4

论文摘要：本文介绍了开关电源的主要检修方法。论文关键词：彩色电视机电源维修彩电电源电路的损坏率在电视机维修中是比较高的，现在的彩色电视机电源电路无一不是采用开关式稳压电源电路。开关稳压电源电路大致分为并联型和串联型两大类，其振荡电路均是清一色的自激式振荡电路，有些引入了行同步功能，有些则没有，开关电源的原理这里就不多说了，主要介绍一下开关电源的主要检修方法。一、开关电源的组成一般的开关电源是由振荡电路、稳压电路、保护电路三大部分组成．1．振荡电路：开关电源振荡电路分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路，如STR－S系列IC，TEA2104，TDA4601，TDA4605，TDA2261等等．2．稳压电路：开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式，即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例，或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的．稳压部分的电路由取样、比较、控制三个部分组成，很多机芯此部分电路是采用IC（如SE110等IC）和光耦件组合而成，而有些机芯则用分立元件组成（多为国产机），而有些机芯采用的电源IC本身就集成了这部分电路（如部分串联型开关电源IC）．3．保护电路：彩电开关电源都设有保护电路，其保护方式均是使电路停振。有过流保护、过压保护和欠压保护（短路保护），还有过热保护。过流保护电路其过流取样点，大部分电视机中都是在主振功率管的发射极电位上。过压保护电路的取样点一般取自220V交流经整流滤波后的电压或主负载供电电压，通过一个齐纳二极管（稳压管）来进行取样判别。短路保护电路的取样点一般在稳压电源输出的低压组电源上．通过一个二极管来进行判别取样．在IC式开关电源中，有部分机所采用的电源IC内部设有“闩锁电路”，这个“闩锁电路”实际上是一个保护执行电路，各取样点送来的信号，通过它执行对电路的停振控制，引起开关电源故障的成因很多，限于篇幅这里就不一一列举，这里我们只谈谈其基本维修方法。二、彩电电源检修要领彩电电源的损坏在彩电维修中占有很大的比例。各种各样的故障往往是由电源产生的。如：屏幕S扭，有水平条纹从上而下或从下而上，工作一会就关机，＋B输出偏高偏低，屡烧电源管，屡烧行管，开机要烧很久才有电源，机内有严重的吱吱叫声，等等。检修电源的方法很多。在这拿三洋电源作介绍。电源出故障，打开机盖，动用我们的嗅觉－－闻机内有无异味。看机内有无严重的烧坏痕迹。特别是爆裂元件，可以从有明显变化的元件着手。在这告诉同行一个好办法来判断：滤波后的＋300V会在几秒之内消失，表示电源基本工作正常，这为负载短路。300V总是不变为起动电路开路。消失的很慢振荡或激励电路不正常。建议加假负载检修，（切断场供电，短路行推动变压器，切断伴音供电。注意三洋电源不能在＋B整流上切除，因为其稳压取样电路与之相连，否则会造成＋B过高而烧坏其它元器件。）出现三无首先测电源管B极电压，可由其电压来反映电源具体工作情况，1：B极无电压－－起动电阻或电容开路，激励管短路。2：为正电压－－激励电路或反馈电路没有工作，3：为负电压，由此可以看出－－电源基本工作正常，有可能保护电路保护或负载短路。其次反馈电路，振荡电路，这主要由于三极管因内和外在原因所致。如：电阻变大，三极管性能变差等。发现有某一三极管击穿，与之相连的元件必须复查清楚，最好相连电容三极管之类全部更换，以免后患。取样稳压电路有的在原边有的在副边，当＋B偏高或偏低一般为

开关电源电路篇5

关键词：彩色电视机电源维修

彩电电源电路的损坏率在电视机维修中是比较高的，现在的彩色电视机电源电路无一不是采用开关式稳压电源电路。开关稳压电源电路大致分为并联型和串联型两大类，其振荡电路均是清一色的自激式振荡电路，有些引入了行同步功能，有些则没有，开关电源的原理这里就不多说了，主要介绍一下开关电源的主要检修方法。

一、开关电源的组成

一般的开关电源是由振荡电路、稳压电路、保护电路三大部分组成．

1．振荡电路：开关电源振荡电路分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路，如STR－S系列IC，TEA2104，TDA4601，TDA4605，TDA2261等等．

2．稳压电路：开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式，即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例，或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的．稳压部分的电路由取样、比较、控制三个部分组成，很多机芯此部分电路是采用IC（如SE110等IC）和光耦件组合而成，而有些机芯则用分立元件组成（多为国产机），而有些机芯采用的电源IC本身就集成了这部分电路（如部分串联型开关电源IC）．

3．保护电路：彩电开关电源都设有保护电路，其保护方式均是使电路停振。有过流保护、过压保护和欠压保护（短路保护），还有过热保护。

过流保护电路其过流取样点，大部分电视机中都是在主振功率管的发射极电位上。

过压保护电路的取样点一般取自220V交流经整流滤波后的电压或主负载供电电压，通过一个齐纳二极管（稳压管）来进行取样判别。

短路保护电路的取样点一般在稳压电源输出的低压组电源上．通过一个二极管来进行判别取样．在IC式开关电源中，有部分机所采用的电源IC内部设有“闩锁电路”，这个“闩锁电路”实际上是一个保护执行电路，各取样点送来的信号，通过它执行对电路的停振控制，引起开关电源故障的成因很多，限于篇幅这里就不一一列举，这里我们只谈谈其基本维修方法。

二、彩电电源检修要领

彩电电源的损坏在彩电维修中占有很大的比例。各种各样的故障往往是由电源产生的。如：屏幕S扭，有水平条纹从上而下或从下而上，工作一会就关机，＋B输出偏高偏低，屡烧电源管，屡烧行管，开机要烧很久才有电源，机内有严重的吱吱叫声，等等。

检修电源的方法很多。在这拿三洋电源作介绍。电源出故障，打开机盖，动用我们的嗅觉－－闻机内有无异味。看机内有无严重的烧坏痕迹。特别是爆裂元件，可以从有明显变化的元件着手。在这告诉同行一个好办法来判断：滤波后的＋300V会在几秒之内消失，表示电源基本工作正常，这为负载短路。300V总是不变为起动电路开路。消失的很慢振荡或激励电路不正常。

建议加假负载检修，（切断场供电，短路行推动变压器，切断伴音供电。注意三洋电源不能在＋B整流上切除，因为其稳压取样电路与之相连，否则会造成＋B过高而烧坏其它元器件。）

出现三无首先测电源管B极电压，可由其电压来反映电源具体工作情况，1：B极无电压－－起动电阻或电容开路，激励管短路。2：为正电压－－激励电路或反馈电路没有工作，3：为负电压，由此可以看出－－电源基本工作正常，有可能保护电路保护或负载短路。

其次反馈电路，振荡电路，这主要由于三极管因内和外在原因所致。如：电阻变大，三极管性能变差等。发现有某一三极管击穿，与之相连的元件必须复查清楚，最好相连电容三极管之类全部更换，以免后患。

取样稳压电路有的在原边有的在副边，当＋B偏高或偏低一般为取样电路故障，这部分元件少易排除。在此特别提醒：在三洋电源中由R554（150K电阻）阻值变大造成＋B过高烧坏行管甚至CRT的特别多，建议在＋B上接一R2M加以保护。

另外电源部分的小电解电容视损坏程度的不同表现不同的故障主要有＋B太高，开机吱吱叫但＋B正常，开机吱吱叫随着叫声的减小而＋B慢慢升高，屡损开关管等。

同时我们还要注意保护电路的影响。在怀疑保护电路有故障时切除任何一个保护端必须作可靠的保护措施。在这再以提醒加假负载检查。

三、开关电源电路的维修

开关电源损坏后，大多都可独立进行维修，将负载全部断开，在主负载供电组电源上带一只220V40W的灯泡作假负载，并采用低压供电安全方式，即将供电电源经一自耦式变压器降至70V左右进行维修，这种维修方法可完全避免了因电路存在隐患而再度损坏元件的现象，一般正常的开关电源（并联式），在70V左右的供电压就能正常起振工作，慢慢调整自耦变压器的输出电压，开关电源的输出电压都应固定在其预设的电压值上不变，如果开关电源的输出电压随输入电压的变化而变化，则表明其稳压部分电路有问题；如果没有电压输出则表明振荡电路部分有问题．

第一种情况：我们以并联型光耦控制稳压式开关电源为例，讨论一下其维修方法．当开关电源不能正常稳压时，第一步是要确认引起故障的部位，简单快捷的方法是：将光耦件热地端的两控制脚短路，如果电路进入停振状态，则表明故障在取样比较部分电路，取样比较电路有问题多半是比较IC和光耦件损坏所至（比较IC损坏多数会引起光耦件同时损坏），如果是控制电路问题，如控制晶体管损坏，在晶体管的代换上一定要注意晶体管的参数．

第二种情况：电路不起振，当确信供电电压正常时，首先检查启动电阻（即跨接在311伏电源与主振功率管基极之间的电阻是否开路或变直，另外要考虑到不起振是否是由于保护电路动作所引起，如STRS6309的第6脚电压（正常为0V），STR50213的第5脚（正常时100V左右）TEA2261的第3脚（正常时为0V），TDA4601的第5脚等等，如果是保护电路引起停振，一般在开机的瞬间电路能正常起振，可通过此点来进行判别，另外当控制电路有问题（如控制管击穿）也会引起电路停振．其实开关电源电路是比较简单的电路，只要分清主振电路，保护电路和比较稳压电路三者的联接关系，维修起来就觉容易了．

四、彩电电源故障检修三例

例1：故障现象一台C541型金星彩电，开机后伴音正常，屏幕图像上、下部分各出现有一条宽亮带，并向上缓慢移动，图像随亮带的移动两边出现波浪式扭曲。将频道置于AV时，屏幕中间出现黑、白亮带，而且固定不变。

分析与检修根据故障现象判断，故障发生在电源电路。主要故障原因是电源50Hz干扰。打开机壳后，测得C732电容器两端110V电压正常。但测得C706电容器两端的280V电压明显偏低，只有200V左右。焊下C706电容用三用表×1kΩ电阻挡测量检查充、放电性能，发现此电容器失效，只有几百kΩ的固定电阻值。换一只同类型电容器后，故障排除。

例2：故障现象一台日立牌CPT2177／DU型遥控彩色电视机，开机电源启动时好时坏，好时收看一切正常；不正常时，开机后听到机内有“吱”的响声，电源指示灯闪亮一下随“吱”的声音消失而熄灭，有时连续多次启动也不成功。

分析与检修检修时，首先测量C909电容器两端开机瞬间的110V电压变化情况，发现此电压没有摆幅，近似于零伏。再测C906电容器两端280V电压正常。断开负载回路，接一7．5W电烙铁做假负载，开机故障依旧，判断故障发生在电源部分。根据电路原理图分析，将保护电路上的支路电阻R907断开，此时不接负载，开机试验110V电压恢复正常。当接上负载回路时，短时间监测电压也正常。对Q902可控硅及元件测量检查未发现问题。经过分析，故障原因最大可能是可控硅性能变差，导致造成电源误保护。换一同型号可控硅，故障排除，电视机恢复正常。

从彩色电视机在我国普及以来，彩色电视机的电源电路是损坏率最高、检修难度最大的一部分电路。彩色电视机电源虽然几经改进，已趋于稳定可靠，但仍因种种原因常发生故障。因此，了解彩色电视机开关电源电路常用故障形式，解析实际电路中的性能要求及故障检修思路，揭示电源电路检修技术的奥秘。

参考文献

开关电源电路篇6

基于小功率直流传动系统要求驱动电源输出稳定、抗干扰强的特点，设计了一种多路输出型的单端反激式开关电源。主电路采用多路输出单端反激式变换器结构，并采用软启动回路，防止负载电流或电源输入电流的大电流损坏开关电源，同时设计了过压、欠压等保护等辅助电路，完整地构建了开关电源的电路系统。

【关键词】开关电源驱动系统反激式

1引言

工业应用中，经常需要对小功率的直流电机进行精确控制，为保证传动系统的精确定位和传送，提高产品质量或电动机车运行的平顺性。为满足此技术要求，一方面需要对电机实现一定的控制算法，另一方面要求电机驱动电源输出平稳、能耗低、抗干扰能力强。传统的开关电源由于效率低、损耗大、可靠性差而难以胜任。目前，国外的开关电源研制技术较为成熟，并主要应用于工业和军事上。德国西门子，美国GE和日本的一些公司都已经具备比较成熟的研制大功率开关电源的技术并已经实现产品化。开关电源在我国邮电通信部门以及其它领域，受到及其广泛的应用，其中几十到几百千瓦的大电流、高功率的开关电源成为现代工业，国防事业以及大型科研项目的宠儿。开关电源技术不断的发展，具体发展趋势为高频化、非隔离DC/DC技术、数字化、安全性能完善以及低噪声、绿色无污染和智能化。

2开关电源组成与设计

开关电源由输入电路、有源调整、功率变换、输出电路、控制电路和频率振荡发生器六大部分组成：其中开关电源的核心部分是DC/DC变换器，用以进行功率转换，另外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波电路等。

反激式开关电源广泛用于中小功率变换场合，且具有电路简单、成本低、输入输出电气隔离、稳压范围宽、易于多路输出等优点。反激式变换器有三种模式：一种是在电流断续模式下，导通期间储存在一次绕组的能量，在下个周期开始前从一次绕组传递到次级绕组和负载上；一种是在电流临界连续模式下，在下一个周期开始时，次级的电流归零，这是一种无死区时间的临界状态；另一种是在电流连续模式下，次级仍然有剩余的能量，次级电流没有回零。

2.1输入回路设计

开关电源输入回路包括低通滤波和桥式整流滤波两大部分。低通滤波回路是开关电源输入的“大门”，它具有防止输入电源的噪声干扰，还抑制了浪涌电压、尖峰电压的进入；同时阻止、限制开关电源所产生的噪声。整流滤波电路主要由整流桥加电容来完成，整流二极管最好选用导通压降（VF）小的二极管，这样可以减少二极管上的损耗，提高电路效率，电容则是一大一小的两个电容，大的为工频滤波，小的电容则用来吸收高频纹波的干扰。

整流滤波回路：开关电源一般采用电容输入型整流滤波回路，整流的方式为全波桥式整流。结合两种输入回路的优缺点，输入回路电路如图1所示。

2.2驱动回路设计

开关电源功率晶体管有两种驱动方式，一种是直接驱动，另一种是隔离驱动。直接驱动有单管基极驱动、推挽驱动和抗饱和驱动。单管基极驱动适用于对工作速度要求不高或电源功率不大的情况。抗饱和驱动则是在推挽驱动的基础上增加了钳位二极管和稳压二极管，提高了电路的工作速度，也为冲击峰值电压起到了分压保护的作用，如图2所示。

2.3保护及软起动回路的设计

过流包括电源负载超出规定值和电源输出线路出现零负载，即短路。过压保护的主要的任务是保护负载，其次是保护开关功率管。一般采取的措施是振荡电路停振，关闭驱动脉冲。所以在过压保护动作后，要再次启动电源工作时，必须断开电源才能恢复正常工作。开关电源最简单的过压保护措施是在输入电路中并联压敏电阻。在过压保护中，采用的是稳压二极管，选用稳压二极管应性能稳定、电压漂移非常小的产品，以防止稳压二极管电流随着温度的变化而变化。开关电源的主要热源是开关功率晶体管、高频变压器、整流输出二极管以及滤波用的电解电容。为了防止开关电源过热而发生损坏，选择元器件时应该选用高温特性较好的器件，同时在开关电源设计过程中应有过热保护电路。

图3为保护电路，其中R7是电流取样电压，变压器原边电感电流流经该电阻产生的电压经滤波后送入UC3844的引脚3，再输入到电流比较器。引脚3和电流比较器构成了电流闭环控制。当开关管出现过流现象时，电阻R7上测得的过电流信号，输送到电流测定比较器的同相输入端，只要R7上的电压达到1V，电流测定比较器动作，通过PWM锁存器使得开关管关断，实现了过电流保护。

基于UC3844芯片设计的开关电源总体电路图，其中主电路采用单端反激式变换器结构，开关电源输入回路则采用整流滤波回路以得到直流电压，并利用软启动回路，防止负载电流或电源输入电流产生的大电流损坏开关电源。

3总结

本文主要针对直流调速系统中，作为小功率控制电机，要求驱动电源输出稳定的特点，分析了开关电源的基本组成以及工作方式，结合设计的各项要求，综合考虑了开关电源控制电路、反馈电路以及保护电路等方面的设计。

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