8大常见开关电源电路分析-图文并茂很透彻的图解析

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开关电源电路组成与分析

开关电源的主要电路主要由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路包括输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

输入电路原理及常见电路

1. AC输入整流滤波电路原理：
- 防雷电路：由MOV1、MOV2、MOV3、F1、F2、F3、FDG1组成的电路在雷击时保护电源，当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值下降，消耗高压能量。若电流过大，F1、F2、F3会烧毁，保护后级电路。
- 输入滤波电路：由C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络可抑制输入电源的电磁噪声及杂波信号，避免对电源干扰，同时防止电源自身产生的高频杂波对电网干扰。C5充电时，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）可有效防止浪涌电流。
- 整流滤波电路：AC电压经BRG1整流后，经C5滤波得到较纯净的直流电压。C5容量变小会导致输出的AC纹波增大。

2. DC输入滤波电路原理：
- 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络可抑制输入电源的电磁噪声及杂波信号，避免对电源干扰，同时防止电源自身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。
- R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成的抗浪涌电路。在启动瞬间，因C6的存在Q2不导通，电流通过RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。若C8漏电或后级电路短路，在启动瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2栅极电压不变，RT1将在很短时间烧毁，保护后级电路。

功率变换电路原理

1. MOS管工作原理：广泛使用的绝缘栅场效应管（MOSFET）利用半导体表面的电声效应工作，也称为表面场效应器件。因栅极处于非导电状态，输入电阻可大大提高，最高可达105欧姆。MOS管通过栅源电压的大小，来改变半导体表面感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
2. 常见原理图：
3. 工作原理：
- R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，与开关管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，防止二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈容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测量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，停止工作，开关管Q1立即关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一同组成RC网络，电容的充放电直接影响开关管的开关速度。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，变压器存储的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时达到磁场复位的目的，为变压器下一次存储、传递能量做好准备。IC依据输出电压和电流时间调整⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。

输出整流滤波电路原理

1. 正激式整流电路：
- T1为开关变压器，其初级和次级的相位相同。D1为整流二极管，D2为续流二极管，R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感，C4、L2、C5组成π型滤波器。
2. 反激式整流电路：
- T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管，R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感，R2为假负载，C4、L2、C5组成π型滤波器。
3. 同步整流电路：

反应环路原理及作用

反应电路原理图和工作原理。反应环路对开关电源的稳定性至关重要。如反馈电阻电容错误、漏、虚焊等，可能导致自激振荡，故障现象包括波形异常、空载和满载振荡、输出电压不稳定等。

短路保护电路原理

1. 当输出端短路时，PWM控制电路可以将输出电流限制在安全范围内。实现限流电路的方法可能有多种，当功率限流在短路时不起作用时，需要增设其他电路。
2. 短路保护电路一般有两种形式。下图展示的是小功率短路保护电路，其原理简述如下：当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准电压，使IC导通，⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。停止工作后①脚电位消失，TL431不导通，⑦脚电位上升，电路重新启动，循环往复。当短路现象消失后，电路能够自动恢复正常工作状态。
3. 下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：当输出短路，①脚电压上升，U1 ③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，对C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时，U1⑦脚输出低电位，①脚低于1V，UCC3842停止工作，输出电压为0V，循环往复。R2、C1是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。
4. 下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3两端电压降增大，③脚电压升高，⑥脚输出占空比逐渐增大，当③脚电压超过1V时，关闭无输出。

输出过压保护电路原理

输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，将输出电压限制在安全值的范围内。在开关电源内部稳压环路出现故障或因用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护，以避免损坏后级用电设备。最常见的过压保护电路有几种类型：

1. 可控硅触发保护电路：当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端获得触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会启动，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除后，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。

2. 光电耦合保护电路：当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极有驱动电压而导通，③电压升高，输出下降，稳压管不导通，③电压下降，输出电压升高。循环往复，输出电压将稳定在一定范围内（取决于稳压管的稳压值）。

3. 输出限压保护电路：输出限压保护电路如下图所示，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基极有驱动电压而导通，③电压升高，输出下降，稳压管不导通，③电压下降，输出电压升高。循环往复，输出电压将稳定在一定范围内（取决于稳压管的稳压值）。

4. 输出过压锁死电路：在图A中，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极的电导通，由于Q2的导通Q1基极电压下降也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2一直导通，③脚一直是高电平而停止工作。在图B中，UO升高U1③脚电压升高，①脚输出高电平，因为D1、R1的存在，U1①脚一直输出高电平Q1一直导通，①脚一直是低电平而停止工作。正反馈？

功率因数校正电路（PFC）原理及工作原理

原理示意图和工作原理。输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用于调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是PFC电感，它在Q1导通时存储能量，在Q1关断时释放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送至后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用于调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。

输入过欠压保护原理及工作原理

AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。