多路輸出開關(guān)電源原理分析

馬思源

摘要：本文簡述了一種多路輸出的開關(guān)電源的工作原理。著重介紹了輸入、半橋逆變與脈寬調(diào)制部分電路的組成及電壓電流信號在電源內(nèi)部傳遞的過程。為未來多路輸出的開關(guān)電源發(fā)展提供了一種清晰的思路，對同類開關(guān)電源的設(shè)計有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;半橋逆變;脈寬調(diào)制;多路輸出

1.引言

早期人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)多電源同時供電的需求，往往采取多個單端同時供電，雖然供電的目的實現(xiàn)了，卻也面臨著如下問題：

①各個開關(guān)電源的工作頻率如果不統(tǒng)一，會引入拍頻干擾;

②被廣泛使用的電源，由于當(dāng)時電源效率不高，帶來很大的能源浪費;

③多個電源同時操作，既加大了操作難度，也增加了操作調(diào)試時間。

因此，人們才想到使用單個變換器實現(xiàn)多路輸出的要求，才有了今天多路輸出的開關(guān)電源的發(fā)展。本文介紹的只是其中一種多路輸出開關(guān)電源。

2.多路輸出開關(guān)電源的基本工作原理

（2）原理分析：

此電源采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由輸入、半橋逆變及脈寬調(diào)制電路和輸出三部分組成。

①輸入部分

輸入部分包括交流整流濾波電路和待機電源電路。

整流濾波電路，其主要功能是將220V的交流電壓經(jīng)過整流濾波變成300V的直流電壓。其信號的變化過程是：首先220V交流電壓信號經(jīng)由濾波器Z1先濾除一些雜波信號，再經(jīng)過保險絲F1和接插件（XP1-XS1）引入電源主板，信號一分為二，其一直接通過插針（XS2）給外部整機提供初步濾波后的220V交流電壓信號，其二經(jīng)由R1、R2組成的二次濾波電路濾除雜波信號，再經(jīng)過C1、L1、C2、C36、C3、C3組成的三次濾波的CLC（л型）濾波電路進一步濾除高頻和低頻的一些雜波信號，之后經(jīng)由V1整流橋堆對濾波后的電壓信號進行整流讓其變成300V的直流電壓。

待機電源電路，其中不僅供給輸出，也給脈寬調(diào)制器供電。由火零線引入的220V交流電壓信號經(jīng)過T4待機變壓器先進行電壓變換將電壓由220V變換成11V左右交流電壓信號，經(jīng)過橋式整流器V6的全波整流將其轉(zhuǎn)化為15V的直流電壓，信號一分為二，其一為PWM脈寬調(diào)制器的供電引腳13、15提供15V的直流電壓，其二經(jīng)過V7穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓變換將其變化為12V左右的穩(wěn)定直流電壓輸出，這就是12VS待機電壓的輸出原理。

②半橋逆變及脈寬調(diào)制電路部分

半橋逆變及脈寬調(diào)制電路部分主要包括半橋逆變電路、脈寬調(diào)制電路、電壓反饋電路。

半橋逆變電路，半橋逆變電路由分壓電容C5，C6，開關(guān)管V2，V3及高頻變壓器T1和整流電路組成。輸入交流電壓220V經(jīng)整流橋堆V1可得脈動的直流電壓，經(jīng)過高壓電容C5，C6與 C7，C8，R4，R5組成的RC串并聯(lián)濾波電路可得到近310V的直流電壓供兩只功率管V2，V3工作使用。高頻變壓器T1接在V2，V3和C5，C6的中點上，電路工作時高頻變壓器T1的一次繞組（16-15）將得到頻率為0.0463Hz的方波電壓。（其中方波電壓的頻率=0.5*f（osc），而f（osc）來自脈寬控制器N1 產(chǎn)生的振蕩頻率，可由公式f（osc）=1/（CT*（0.7*RT+3*RD））估算，由電路可知CT為C14，RT為R13，RD為R12，將其代入公式可得f（osc）=0.0926Hz，故方波電壓頻率為0.0463Hz）。R10，C10組成了一次繞組（16-15）的吸收回路，用以吸收T1漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖，同時改變V2，V3關(guān)斷時的伏安特性，從而減少關(guān)斷損耗。

脈寬調(diào)制電路由脈寬控制器芯片（SG3525AN）提供一對相位互補的脈沖（分別由其11腳和14腳輸出）交替控制功率開關(guān)管的通斷，將輸入整流濾波后的直流電壓變換為交變的脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器隔離變換，得到所需的電壓，再經(jīng)過開關(guān)整流管的全波整流，輸出濾波電路平滑成低紋波的直流輸出電壓。

電壓反饋電路主要通過主路的電壓反饋來調(diào)節(jié)脈寬調(diào)試芯片的11腳和14腳輸出占空比，從而控制功率開關(guān)管的工作狀態(tài)。開機信號通過控制脈寬調(diào)制電路完成電源通斷。

為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，還需將主路電壓進行取樣、比較放大，來控制脈寬調(diào)制器芯片的脈沖寬度從而實現(xiàn)電路的穩(wěn)壓功能。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化等原因引起電源的輸出電壓發(fā)生變化時，反饋電路將輸出電壓取樣后，與基準(zhǔn)電壓比較放大，生成誤差信號，從而改變脈寬調(diào)制器芯片的輸出脈寬，維持輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)出現(xiàn)過流、短路等故障時，保護電路動作，封鎖脈寬調(diào)制器輸出，從而關(guān)斷電源。

③輸出部分

輸出部分包括隔離變壓器的變換電路及次級整流濾波和穩(wěn)壓電路。其主要功能是將隔離變壓器的交變電壓進行整流濾波后輸出。

3.結(jié)論

本文綜述了一種多路輸出的開關(guān)電源的輸入、半橋逆變和脈寬調(diào)制部分的工作原理，為未來多路輸出的開關(guān)電源發(fā)展提供了一種清晰的思路，對同類開關(guān)電源的設(shè)計有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]胡斌，吉玲，胡松.電子工程師必備-九大系統(tǒng)電路識圖寶典[M]，人民郵電出版社，2012。

[2]黃雍俊.新型多路輸出開關(guān)電源的設(shè)計與研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012。

[3]趙艷艷.信息化技術(shù)在行政管理體制創(chuàng)新中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2021，50（07）：116-118.

[4]賈興亮，路鵬舉.高集成多路輸出開關(guān)電源研制與應(yīng)用[J].移動電源與車輛，2019（04）：38-40+47.

[5]王杰.多路輸出開關(guān)電源設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（11）：86-87.

[6]尹雷，萬舟，沈天舒.新型多路輸出單端反激式開關(guān)電源設(shè)計[J].軟件，2017，38（11）：137-141.

[7]杜倩雯.試論我國高校行政管理體制的特點[J].經(jīng)貿(mào)實踐，2017（11）：285.