电源电路识图技巧

2019-05-31     电子工程师小李
(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

电源电路包括整流、滤波电路和直流稳压电路两部分。我们在介绍二极管、电容的应用电路时,介绍了整流滤波电路,所以本节主要介绍直流稳压电路。目前,常见的直流稳压电路有线性稳压电源电路和开关电源电路两种。

线性稳压电源电路

线性稳压电源电路有分离元件构成的稳压电源电路和集成电路构成的稳压电源电路两种。

1.分离元件式

典型的分离元件式线性稳压电源电路如图6-36所示。该电路的核心元器件是R2、RP、R3 构成的误差取样电路,R4、VZ 构成的基准电压电路以及误差放大管VT2。

图6-36 典型分离元件式线性稳压电源电路

当输入电压Ui 升高或负载变轻,引起输出电压Uo 升高后,该电压通过R2、RP、R3分压产生的取样电压升高,该电压加到VT2的基极,由于VT2 的发射极电位不变,所以VT2 导通加强,它的集电极电位下降,也就是使VT1 的基极电位下降,致使VT1 的输出电压下降到正常值。当输出电压Uo 升高时,稳压控制过程相反。

2.集成电路式

集成电路式稳压器包括不可调和可调两种。第四章第三节介绍了不可调、可调集成稳压器内部电路的工作原理,下面介绍可调集成电路式稳压器的输出电压手动调整原理。典型的集成电路式线性稳压电源电路如图6-37所示。该电路的核心元器件是电位器RP、稳压器LM317。

图6-37 典型集成电路式线性稳压电源电路

调整电位器RP 使LM317 的ADJ 端电压升高后,LM317 的输出电压Uo 就会升高,反之相反。

开关电源电路

由于线性稳压电源电路不仅适应市电范围小、工作效率低,而且空载时输出电压会高于正常值较多,因此现在许多电磁炉采用效率高、体积小的开关电源。电磁炉采用的开关电源有自激式和他激式两种。下面从维修的角度出发对这两种典型的开关电源进行分析。

1.自激式开关电源

电磁炉采用的并联型自激式开关电源多采用分离元件构成,如图6-38所示。

图6-38 电磁炉采用的并联型自激式开关电源

(1)功率变换电路

功率变换电路的核心元器件是整流堆DB、滤波电容C1、开关管VT1、开关变压器T、启动电阻R2、正反馈元件C2 和R4。

市电电压通过限流电阻R1 限流,再经整流堆DB 桥式整流、C1 滤波产生300V 直流电压。300V 电压一路通过T 的一次绕组P1 为VT1 供电,另一路通过启动电阻R2 限流后为VT1 的基极提供启动电压,使VT1 导通,它的集电极电流使P1 绕组产生上正、下负的电动势,正反馈绕组P2 感应出上正、下负的脉冲电压,P3、P4 绕组感应出下正、上负的电动势,因VD2、VD3 反偏截止,所以能量存储在T 内部。同时,P2 绕组产生的脉冲电压通过R4、C2、VT1 构成回路,使VT1 因正反馈雪崩过程迅速进入饱和导通状态。VT1 饱和导通后,它的集电极电流不再增大,因电感中的电流不能突变,所以P1 绕组产生反相的电动势,P2~P4 绕组相应产生反相的电动势。P2 绕组产生的电动势通过R4、C2 使VT1 迅速进入截止状态。VT1 截止后,T 存储的能量经整流、滤波后向负载释放,随着T 存储的能量释放到一定的时候,T 各个绕组产生反相电动势,于是P2 绕组产生的脉冲电压经R4、C2 再次使VT1 进入饱和导通状态,形成自激振荡。

开关电源进入自激状态后,P3 输出的脉冲电压经VD2 整流、C4 滤波,产生12V 直流电压,该电压除了为它的负载供电,还经三端稳压器IC(LM7805)稳压、C5 滤波获得5V 直流电压,为它的负载供电。P4 绕组输出的脉冲电压经VD3 整流、C7 滤波,产生18V 直流电压,为它的负载供电。

由于开关变压器T 是感性元件,所以VT1 截止瞬间,T 的P1 绕组会在VT1 的集电极上产生较高的脉冲电压,该脉冲电压的尖峰值较大,容易导致VT1 过电压损坏。为了避免这种危害,在P1 绕组两端并联VD4、R6、C6 组成的尖峰脉冲吸收回路。该电路在VT1 截止瞬间将尖峰脉冲有效吸收,从而避免了VT1 因过电压损坏。

提示

部分开关电源的开关管未采用大功率、高反压三极管,而采用大功率、高反压场效应管。

(2)稳压控制电路

稳压控制电路的核心元器件是开关变压器T、整流管VD1、滤波电容C3 和稳压管VZ。

当市电电压升高或负载变轻,引起开关变压器T 各个绕组产生的脉冲电压升高时,绕组P2 升高的脉冲电压经VD1 整流、滤波电容C3 滤波获得的取样电压(负压)相应升高,使稳压管VZ 击穿导通程度加强,为开关管VT1 的基极提供负电压,VT1 提前截止,T 因VT1导通时间缩短而存储能量下降,使开关电源输出电压下降到正常值,实现稳压控制。反之,稳压控制过程相反。

提示

该开关电源的稳压控制电路通过T 的绕组P2 得到取样电压,所以该误差取样方式属于间接取样方式。此类取样方式的稳压控制响应速度慢,空载时电压会略有升高。检修时要注意,不要误判。对于缺乏维修开关电源经验的维修人员,也可在滤波电容C4 两端接一个假负载。

(3)过电流保护电路

过电流保护电路的核心元器件是整流堆取样电阻R3、放大管VT2。

负载异常导致开关管VT1 过电流时,在取样电阻R3 两端产生的压降增大。R3 两端产生的压降超过0.7V 后,经R5 限流使VT2 导通,致使VT1 截止,以免VT1 过电流损坏,实现过电流保护。

2.他激式开关电源

他激式开关电源的开关管不参与振荡,振荡脉冲由单独的振荡电路形成,所以开关电源的效率更高、稳定性更好。因此,他激式开关电源得到了广泛的应用。下面以电源控制模块VIPer12A/22A 为核心构成的开关电源为例进行介绍。

提示

电源模块VIPer12A 和VIPer22A 内部构成相同,只是功率不同。VIPer12A、VIPer22A 由开关管(场效应管)和控制电路两部分构成,控制电路无须外接定时元件就可以产生振荡脉冲,不仅简化了电路结构,而且提高了开关电源的稳定性、可靠性。

VIPer12A 构成的开关电源有并联型和串联型两种,下面分别进行介绍。

(1)VIPer12A 构成的并联型开关电源

VIPer12A 构成的典型并联型开关电源电路如图6-39所示。

图6-39 VIPer12A构成的典型并联型开关电源电路

1)功率变换电路

功率变换电路的核心元器件是电源模块VIPer12A,开关变压器T,整流管VD3、VD4,滤波电容C4、C3。

300V 电压经R1 限流,再经C1 滤波后,通过T 的初级绕组P1 加到IC1(VIPer12A)的供电端~脚,该电压不仅加到开关管的D 极为它供电,而且通过高压电流源对脚外接的滤波电容C2 充电。当C2 两端建立的电压达到14.5V 后,IC1 内的60kHz 脉宽调制器等电路开始工作,由该电路产生的激励脉冲使开关管工作在开关状态。开关管导通后,C1两端的300V 电压通过P1 绕组、开关管到地构成回路,使P1 产生上正、下负的电动势,P2、P3 绕组被感应出下正、上负的电动势,由于VD1、VD2 反偏截止,所以能量存储在T 内部。开关管截止后,T 各个绕组的电动势反相,于是P2 绕组输出的脉冲电压通过VD1整流、C3 滤波产生18V 左右电压,一路通过VD2 取代启动电路为IC1 内部的控制部分供电,另一路为功率管驱动电路、风扇电动机、振荡器等电路供电。P3 绕组输出的脉冲电压经VD3 整流、C4 滤波产生8V 左右电压,再通过R4 限流、C5 滤波后,为5V 稳压器IC2供电,由它稳压输出5V 电压。5V 电压经C6 滤波后为微处理器、操作显示、指示灯等电路供电。

2)稳压控制电路

稳压控制电路的核心元器件是电源模块VIPer12A、稳压管VZ、开关变压器T、整流管VD1、滤波电容C3。

当市电电压升高或负载变轻引起开关电源输出电压升高时,C3 两端升高的电压使VZ 击穿导通程度加强,经R2 为IC1 脚提供的误差电压升高,被IC1 内部电路处理后,使开关管导通时间缩短,T 存储的能量下降,开关电源输出电压下降到正常值。反之,稳压控制过程相反。因此,通过该电路的控制可保证开关电源输出电压不受市电高低和负载轻重的影响,实现稳压控制。

3)欠电压保护

当VD2 或C2 击穿使C2 两端在开机瞬间不能建立14.5V 以上的电压时,IC1 内部的电路不能启动;若VD1、VD2 开路或T 异常为C2 两端提供的电压低于8V 时,IC1 内的欠电压保护电路动作,避免了开关管因激励不足而损坏。另外,IC1 内部还设置了过电压、过电流和过热保护电路。

4)尖峰脉冲吸收回路

开关管截止瞬间,T 的P1 绕组会在开关管的D 极上产生较高的反峰电压,若不对反峰电压中的尖峰脉冲进行吸收,容易导致开关管高压损坏。为此,并联型开关电源为了防止开关管被尖峰脉冲过电压损坏,需要设置由VD4、R3、C7 组成的尖峰脉冲吸收回路来吸收尖峰脉冲。

(2)VIPer12A 构成的串联型开关电源

VIPer12A 构成的典型串联型开关电源电路如图6-40所示。下面介绍该开关电源的功率变换和稳压控制原理。

图6-40 VIPer12A构成的典型串联型开关电源电路

1)功率变换电路

功率变换电路的核心元器件是电源模块VIPer12A、开关变压器T、续流二极管VD2、滤波电容C4。

300V 电压通过R 限流,再经滤波电容C1 滤波后,加到IC1(VIPer12A)的供电端~脚,该电压不仅加到开关管的D 极为它供电,而且通过高压电流源对脚外接的滤波电容C3 充电。当C3 两端建立的电压使IC1 的脚电压达到14.5V 后,IC1 内的60kHz 脉宽调制器等电路开始工作,由该电路产生的激励脉冲使开关管工作在开关状态。开关管导通期间,300V 电压通过R、开关管D/S 极、T 的P1 绕组、C4 构成充电回路,不仅为C4 充电,而且在P1 绕组上产生上正、下负的电动势。开关管截止期间,流过P1 绕组的导通电流消失,由于电感中的电流不能突变,所以P1 通过自感产生下正、上负的电动势。该电动势第一路通过VD1 整流、C3 滤波后产生40V 左右的电压,取代启动电路为IC1 供电;第二路通过C4、续流二极管VD2 构成放电回路,继续为C4 提供能量。由于C4 在一个振荡周期都可以得到能量,所以该开关电源不仅效率高于并联型开关电源,而且由于开关管D、S 极间电压相对较低,所以一般不需要设置尖峰脉冲吸收回路。但此类开关电源存在的最大一个缺点是开关管击穿后,300V 电压会进入18V 供电回路,容易导致大量的负载元件过电压损坏,所以应该在C5 两端接一只20V 左右的稳压管作为过电压保护管。当开关管击穿后,该稳压管击穿会导致限流电阻R 过电流熔断,切断300V 供电回路,实现过电压保护。

2)稳压控制电路

稳压控制电路的核心元器件是电源模块VIPer12A、稳压管VZ、开关变压器T、整流管VD1、滤波电容C3。

当市电电压升高或负载变轻引起开关电源输出电压升高时,滤波电容C3 两端升高的电压使稳压管VZ 击穿导通程度加强,为IC1 脚提供的误差电压升高,被IC1 内部电路处理后,使开关管导通时间缩短,开关变压器T 存储的能量下降,开关电源输出电压下降到正常值。反之,稳压控制过程相反。因此,通过该电路的控制可保证开关电源输出电压不受市电高低和负载轻重的影响,实现稳压控制。

(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)
文章来源: https://twgreatdaily.com/zh-hans/3Xw6rmwBvvf6VcSZOSAg.html