工程师不可不知的开关电源关键设计（一）

一、12V开关电源电路原理分析

该开关电源属于小功率开关电源，输入220V交流市电，输出12V直流电，最大输出电流1.3A,主要应用于小型设备的供电，比如楼宇监控设备等。其电原理图如图1所示。其控制核心器件为脉宽调制集成电路TL3843P(内含振荡器、脉宽调制比较器、逻辑控制器，具有过流、欠压等保护控制功能，最高工作频率可达500MHz.启动电流仅需ImA)。各引脚功能如下：(1)脚是内部误差放大器的输出端，通常与(2)脚之间有反馈网络，确定误差放大器的增益。(2)脚是反馈电压输入端，作为内部误差放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压(+2.5V)进行比较，产生误差控制电压，控制脉冲宽度。(6)脚过流检测输入端，当接人的电压高于1V时，禁止驱动脉冲的输出。(4)脚为RT/RC定时电阻和电容的公共接人端，用于产生锯齿振荡波。(5)脚为接地端。(6)脚为脉宽可调脉冲输出端。(7)脚为工作电压输入端(10V>Vi≤30V)。(8)脚为内部基准电压(VREF=5v)输出端。

图1 开关电源原理图

一、输入与整流电路

220V交流市电经O.IA保险管Fl及正温度系数热敏电阻PT1进入交流输入电路，交流输入电路由Cl和L构成，为一低通滤波器。其主要作用是抗干扰、抑制杂波。它既阻止市电网中高频干扰脉冲进入开关电源电路，叉阻止开关电源产生的高频干扰谐波进入市电网。

经过低通滤波器滤除了高频杂波的220V交流电，由ED1全桥整流。C2滤波后，在C2两端得到约300V的直流电压。该电压经开关变压器初级线圈后作为功率开关管Ql的工作电源;经R2到电容C4作为脉宽调制集成电路TL3843P的启动电源。

二、启动与稳压电路

经整流滤波的300V电压：一路经开关变压器Tl的1~2绕组加到功率开关管Ql(K3326)的漏极，另一路经启动电阻R2加到U1(TL3843)的(7)脚，作为主控制芯片TL3843P的启动电源。在电路加电的瞬间300V通过R2对C4进行充电，当Ul的(7)脚电压达到10V以上时，Ul的(8)脚输出5v基准电压，同时TL3843P内部的振荡电路开始工作，(6)脚输出工作脉冲，通过R4驱动开关管01工作，这时开关管工作于开关状态。工作频率主要由R8和C6决定，本电路R8为15kΩ。C6为lOOOpF,其振荡频率约llOkHz.在工作期间，开关变压器Tl的(1)一(2)绕组有高频脉冲电流流过。由于交流互感的作用，变压器其他绕组也产生不同电压的交流电，其中(3)一(4)绕组经R5限流，D2整流，C4滤波后得到约12V以上的直流电压加到Ul的(7)脚，保证Ul稳定可靠地工作。Tl的(5)一(6)绕组经D3整流，C12、Ll和Cll组成滤波网络，输出作为负载的直流电压12V.

稳压电路由精密可调基准电压集成器件U3(TLA31)、电阻R16、R18、R17、电位器R13、电容C13以及光电耦合器U2(PC817)组成。

输出的12V电压经R16与电位器R13及电阻R18分压后加到U3的(1)脚。当由于某种原因导致输出12V电压升高时。U3的(1)脚电压升高，(3)脚的电压降低，导致光耦合器U2内部发光二极管的亮度增强，内部光电三极管导通或饱和导通，将Ul内误差放大器的输出电压拉低(甚至为Ov)，经内部自动控制电路的作用，自动将(6)脚输出的脉冲宽度调窄，使开关管01的导通时间缩短，从而使电源输出的电压自动降低。当输出12V电压变低时，其稳压过程与上述正好相反。

与一般电路不同，该电路中由Rll、C8、R7、02、R8、C6组成的RT/CT振荡频率控制电路，可以在负载加重的情况下，使振荡频率降低，直至停振。当负载加重到过载时。UI的(1)脚平均电位增高，进而使C8正极电位升高，当C8正极电位升高到接近4.4V时，02的工作状态由饱和状态向截止状态过渡，Q2的C极电位降低直至02截止，锯齿波振荡电路停止工作，控制电路停止输出脉冲，从而起到负载短路保护的作用。

三、保护电路

1.功率管的保护：该保护电路由Rl、C14、D1、R3组成，接在Tl的(1)-(2)绕组间。由于开关管Ql交替工作在饱和导通与截止状态之间，当开关管由饱和导通变为截止状态时，在(1)-2)绕组之间会产生瞬间反向尖峰电压，如果没有泄放电路，功率管的漏(D)源(s)极很可能会被击穿。通过该保护电路可以将反向尖峰电压释放掉，从而起到保护功率管的作用。

2.过流保护：电路由R12、R10组成，当功率管的电流突然增大时，电阻R12非对地端电压升高，该电压经R10加到Ul的(3)脚，当电压高于1V时，内部控制电路控制(6)脚停止输出脉冲，使Q1截止。

二、GP02开关电源的电路分析

GP02开关电源属于自激间歇振荡电源，该电源采用三肯公司生产的开关电源专用集成电路 STR - X6759N 和STR-V152。该系列集成电路组成的开关电源具有电源电压适应范围宽，能在 150V~260V交流电压范围内正常工作。输出功率大，可提供 150W以上的功率。该开关电源设计有过流、过热、过压保护电路，一旦开关电源稳压电路中的取样放大电路出故障，造成输出电压过高，或负载过重导致开关电源过流，设计在集成块内部的过压、过流保护电路便会立即启动进入保护状态，使开关电源停止工作，有效避免故障范围扩大。

根据电路结构和作用，该开关电源可分为进线滤波和整流滤波电路、主开关电源电路、副开关电源电路三大部分。

1.进线滤波和整流滤波电路

长虹GP02开关电源采用三级进线滤波器。第一级进线滤波器由L801 、C860、C861、C862,组成。交流 220V电压经延迟保险丝FU801加在第一级进线滤波器上。在第一级进线滤波器中， L801 的作用是对电网中的对称性干扰进行滤波。由于L801两个绕组方向相同，流入两个绕组的电流方向始终相反，故由市电进入的对称干扰产生的磁场方向始终相反，互相抵消。对于非对称干扰，则由接在 L801两端的电容 C860、C861、C862与 L801组成的两个л型低通滤波器进行滤除。

220V 交流电经第一级进线滤波器滤除通过电网串入的对称性和非对称性干扰后，再进入由 C863、C8864、L802 组成的第二级进线滤波器进行滤波。第二级进线滤波器的电路结构与第一级完全相同。第三极滤波由T804、T805组成。GP0开关电源设计多级进线滤波器的目的是增强开关电源的抗干扰能力，提高电视机的电磁兼容性。

在进线滤波器中， C860、C861 串联后，中点接在冷地上，目的是使电视机开关电源第一级进线滤波器的高频地电位与整机冷地高频地电位相等，防止电视机中的高频脉冲信号通过接地回路对电视机本身造成干扰。

进线滤波电路中的RP801为压敏电阻，其特性是当加在电阻两端的电压高到一定程度时，电阻就会击穿短路，电阻击穿短路后，接在电阻前面的保险丝FU801就会熔断，从而有效避免市电过高导致开关电源过压损坏。所以，在电路中，通常将RP801称之为过压保护电阻。

从电路结构上看，进线滤波器的第一、二级接在保险丝FU801的后面，桥式整流滤波电路中的前面。220V交流电通过保险丝FU801、第一、二级进线滤波器输往桥式整流滤波电路。因此，进线滤波器出故障，应当有三种故障表现形式：一是电视屏幕上出现高频干扰;二是电视机在使用过程中，对其它电器设备造成干扰;三是造成电源保险丝FU801熔断。所以，检修GP02开关电源故障时，只有出现FU801熔断故障，才对进线滤波电路进行检查。

桥式整流滤波电路由BD801、C800等元件组成。桥式整流滤波电路的作用是对交流220V电压进行整流滤波。在图1所示电路中，电源开关一旦接通，交流220V电压经进线滤波器处理后，直接加到由BD801组成的桥式整流电路上，由桥式整流电路进行整流，C800滤波得到约296V左右的直流电压，然后分成两路，一路经T801(1)-(3)绕组和T802(1)-(3)绕组加到IC801的(1)脚，作为IC801内部开关管的工作电压;另一路经T806(1)-(3)绕组加在IC800(1)脚，作为IC800内部开关管的工作电压。