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