开关电源电路

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开关电源电路范文第1篇

关键词：开关电源；过压保护；过流保护；M51995A电源芯片

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-0-02

0 引 言

随着时代的前进与社会的发展，开关电源已逐渐代替传统的铁心变压器电源。开关电源的集成化与小型化正逐步成为发展趋势[1-3]，开关电源更是在计算机、通信、电器等领域得到广泛应用[4]。但开关电源系统若无性能良好的保护电路便很容易导致仪器寿命的缩短甚至使仪器受到损坏。由此可见，为了能够让开关电源在恶劣环境以及突发故障的情况下安全稳定的工作，保护电路的设计就显得尤为重要。开关电源的基本结构框图如图1所示。

1 M51935AFP开关稳压芯片简介

M51995A是一款开关电源初级PWM 控制芯片，专为AC/DC变换设计，芯片功能如表1所列。它主要包括振荡器、PWM比较、反馈电压检测变换、PWM锁存、过压锁存、欠压锁存、断续工作电路、断续方式和振荡控制电路、驱动输出及内部基准电压等。

M51995A既具有快速输出和高频振荡能力，又具有快速响应的电流限制功能[5]。此外，过流时采用断续方式工作可以有效保护二次电路。该芯片的主要特征如下：

（1）工作频率低于500 kHz；

（2）输出电流能够达到±2 A；

（3）输出上升时间为60 s，下降时间为40 s；

（4）起动电流比较小，典型值为90 A；

（5）起动电压为16 V，关闭电压为10 V；

（6）起动电压和关闭电压的压差大；

（7）过流保护采用断续方式工作；

（7）用脉冲方法快速限制电流；

（8）欠压、过压锁存电路。

3 实验仿真分析

为进一步验证所设计的开关电源保护电路的工作性能，我们采用计算机仿真软件MultiSIM对所设计的保护电路做了软件仿真测试。当电源输出电压为60 Hz正弦波、有效值为24 V时，电源保护电路的光耦控制OVP端的信号输出状态如图4所示。

图4中的仿真结果表明，输出电压信号变化控制光耦的导通，从而控制了光耦OVP端的电压输出，当电源输出电压在0 V-24 V期间时，光耦输入端没有电压信号不导通，OVP端电压为0，电路处于保护工作状态；电压在0+24 V期间时，光耦输入端有电压信号作用而导通，OVP端电压为+5 V，电路处于正常工作状态。当输出电压过高时，OVP端电压为0，电路处于保护工作状态。40 V电压信号的状态图如图5所示。

实验仿真结果表明，当电源输出电压范围为0+24 V时，开关电源电路正常工作；当电压为负电压时，光耦中的二极管反向截止，OVP端电压为0，开关电源的保护电路工作，电源输出为0；当输出电压高于+24 V时，OVP端电压为0，开关电源进入保护电路工作状态，电源输出0。

4 结 语

本文基于M51995A电源芯片设计了开关电源的过压和过流保护电路，通过计算机仿真结果表明，该电路设计合理，工作稳定，电路设计可以有效降低电路的复杂程度和成本，能对开关电源电路进行有效保护，从而使电源运行安全可靠，设计完全能满足系统性能的指标要求。

参考文献

[1] 欧浩源，丁志勇.电流控制型脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用[J]. 今日电子，2008（C00）：88-89.

[2] 王朕，潘孟春，单庆晓.UC3842应用于电压反馈电路中的探讨[J].电源技术应用，2004（8）：480-483.

[3] 关振源，张敏.基于电流型PWM控制器的隔离单端反激式开关电源[J].电子元器件应用，2005（2）：21-23.

开关电源电路范文第2篇

关键词：待机控制 故障 检修

1.开关电源待机控制的基本原理

彩电待机控制功能的实现是待机控制电路在微处理电路的指令下对开关电源自激振荡电路和开关电源输出电路实施控制的。

所谓待机控制也就是通过按下待机控制按键或在程序控制下，由微处理电路让整机工作于正常开机和待机两种状态。待机时电路一般表现为两个方面：一是切断行扫描电路的工作电源，使行输出级不工作；二是使开关电源工作于间歇振荡状态，降低主电源的输出电压和电路功耗，同时仍保证电源有一定的电压输出，确保微处理电路正常工作，以便在接收到开机指令的时候能重新输出开机控制电压启动开关电源并接通行扫描电路的电源。

2.4T36机芯彩电开关电源待机控制电路分析

4T36机芯彩电开关电源待机控制电路主要由微处理器IC101、三极管Q607、Q609、Q604、Q605、Q610等元件构成。在微处理电路IC101 脚输出的电压控制下，控制过程分三个环节同时完成。

微处理电路输出的待机控制电压若为低电平时则代表开机指令，若为高电平时则代表待机指令。

24V电源为Q609的工作电源，R617为Q609的集电极负载电阻，微处理的待机控制电压经R634送到Q609的基极控制其导通与截止。Q607的导通与截止取决于Q609的集电极电位高低，若Q609导通则Q607截止，若Q609截止则Q607导通。Q604和Q605的基极电流通路由Q607控制。若Q607导通，则Q604导通输出24V电源供给行激励电路和场输出级电路，同时Q605导通输出12V电源经Q613组成的稳压电路产生9V电源供给行振荡、解码电路和公共通道电路；若Q607截止，则Q604和Q605都截止，24V和9V电源输出同时关断，电视机处于待机状态。

微处理输出开机指令（IC101 脚0V），Q610截止，对Q608所接的稳压电路不产生影响；微处理输出待机指令（IC101 脚2V），Q610导通使Q608的集电极电流增大，IC601内发光二极管的发光强度增强，光敏三极管的流通电流增大，从而导致开关管的导通时间减少，降低了输出电压。

3.4T36机芯彩电开关电源待机控制电路故障检修

待机控制电路出现故障表现可以分为不能待机和不能开机两种形式。

3.1不能待机的故障分析与检修

对于不能待机的故障检修的关键是在待机状态时Q604和Q605两个管子同时导通，其条件是Q604和Q605两个管子的基极电流通路在待机状态时仍然存在，即Q607的CE有电流通路。因此不能待机的检修要点实际上是Q607的CE电流是如何形成的，检修时可以根据Q607、Q609的工作点分析判别出具体的故障元件。在待机状态下测量：

若Q607的Vb=0V、Vc=0，则说明Q607的CE击穿短路损坏；若Q607的Vb=0.7V、Vc=0.7V，Q609的Vb=0.7V、Vc=0V，则说明Q607的BC击穿短路损坏；若Q607的Vb=0.7V、Vc=0V，Q609的Vb=0.7V、Vc≥0.7V，则说明Q609的BC开路损坏；若Q607的Vb=0.7V、Vc=0V，Q609的Vb=0V、Vc≥0.7V，IC101的 脚电压为高电平，则说明Q609的BE击穿短路或R634开路损坏；若Q607的Vb=0.7V、Vc=0V，Q609的Vb>0.7V、Vc≥0.7V，则说明Q609的BE开路损坏；若Q607的Vb=0.7V、Vc=0V，Q609的Vb=0V、Vc≥0.7V，IC101的 脚电压为低电平，则说明微处理电路异常。

3.2不能开机的故障分析与检修

对于不能开机的故障检修的关键是在开机状态时Q604和Q605两个管子有一个截止或两个同时都截止，而造成两个管子同时截止和只有一个管子截止的原因完全不同。下面分三种情况进行分析。

（1）Q604和Q605两个管子同时截止

如果出现在开机时主电源正常但24V和12V电压输出全部丢失的情况即为Q604和Q605两个管子同时都截止的故障。要造成两个管子同时截止，必须是两个三极管的共用电路出现问题。因此检修的对象可以确定在Q607、Q609、24V整流滤波电路和微处理电路上，检修时可以普测24V电源电压、Q607、Q609、IC101的64脚电源，进行分析判断找出故障元件。在开机状态下测量：

若24V电压为0V，则说明D611和开关变压器损坏；若24V电压正常，Q607的Vb=0V、Vc=24V，Q609的Vb=0V、Vc≥0.7V，则说明Q607的BE击穿短路或R637开路损坏；若24V电压正常，Q607的Vb>0.7V、Vc=24V，则说明Q607的BE开路损坏；若24V电压正常，Q607的Vb=0.6V、Vc=24V，则说明Q607的BC开路损坏；若24V电压正常，Q607的Vb=0V、Vc=24V、Q609的Vb=0V、Vc=0V，则说明Q609的CE击穿短路或R617开路损坏；若24V电压正常，Q607的Vb

脚为低电平，则说明Q609的BC击穿短路损坏；若IC101的 脚为高电平，则说明微处理电路异常。

（2）只有Q604截止

如果出现在开机时主电源正常，12V输出电压正常，只有24V电压输出丢失的情况即为Q604截止的故障。检修的思路是分析在Q607导通的情况下Q604为什么截止。检修时可以通过测量Q604的各脚电压判别出故障原因。 在开机状态下测量：

若Q604的Veb=0V、Vc=0V，则说明Q604的BE击穿短路或R619开路损坏；若Q604的Veb>0V、Vc=0V，则说明Q604的BE开路损坏；若Q604的Veb=0.7V、Vc=0V，则说明Q604的BC开路损坏；若Q604的Veb=0.7V、Vc=24V，行激励没有电源，则说明R629开路损坏。

（3）只有Q605截止

如果出现在开机时主电源正常、24V输出电压正常，只有12V电压输出丢失的情况即为Q605截止的故障。检修时可以通过测量Q605的各脚电压判别出故障原因。 在开机状态下测量：

若Q605的Veb=0V、Vc=0V，则说明Q605的BE击穿短路或R621开路损坏或D614开路损坏；若Q605的Veb>0V、Vc=0V，则说明Q605的BE开路损坏；若Q605的Veb=0.7V、Vc=0V，则说明Q605的BC开路损坏。

4.结束语

本论文从彩电待机控制的基本原理入手，对4T36机芯彩电开关电源待机控制电路的组成结构、控制过程进行了详细的阐述和分析。针对待机控制电路的不同故障表现，根据电路的工作原理分析，提出了该部分电路故障范围的判别和检修的思路和方法。

参考文献

[1] 林春芳. 彩电电视机原理与维修. 机械工业出版社.2008.01

开关电源电路范文第3篇

关键词：波纹；开关电源；晶体管

引言

在用电控制的仪器设备中，都需要稳压电源，由于价格、功率等的要求，因此设计人员更倾向于使用开关电源，而很少使用线性电源。开关电源的优势在于转换效率高，最高可以达到将近97%，另外开关电源重量轻、体积小。开关电源最大的缺点是输出的纹波和噪声电压较大，而这一性能影响到仪器设备的运行，特别是对于需要处理小信号的仪器中，电源产生的噪声可能会干扰输入的信号，使得仪器无法正确运行。如何处理好电源的噪声，有很多方法[1][2]，本文通过一个典型电源电路分析开关电源产生纹波和噪声的原因及减小纹波和噪声的措施，并详细探讨了电源各部分电路的原理功能和实现的方法。

1干扰产生分析

电信号干扰分为：噪声（nois）和纹波（ripple）两种，其表现形式为图1形式。噪声的定义是指在直流电压或电流中，叠加了振幅和频率上完全无规律的交流分量。该分量会干扰电路的分析、逻辑关系，影响其设备正常工作。纹波是指叠加在直流电压或电流上的交流信号，会降低电源的效率，严重的波纹更有可能会损坏用电设备，另外波纹还会干扰数字电路的逻辑关系，影响设备工作状态。通常的开关电源输出的直流电压中叠加了由噪声和波纹引起的交流信号。波纹主要是由于开关电源的开关动作造成的，而波动的频率跟开关的频率是一致的，大小取决于输入、输出电容的参数。作为开关的元件都有寄生的电感与电容，当元件在电流流动变化工作时，会产生电压与电流的浪涌，这些浪涌信号都会在电源产生干扰信号。浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。该峰值电流远远大于稳态输入电流，这种瞬时过电流称为浪涌电流，是一种瞬变干扰。噪声电压主要跟电源的拓扑结构、电路中的寄生参数、工作的电磁环境以及印制电路板的布线有关。当信号较小的时候，会产生干扰的信号。图2（a）是实验信号波形，（b）是小信号上叠加了干扰的波形。干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声，干扰的产生来自多方面，电路设计不合理、器件使用不当、工作环境干扰、电源噪声等，其中电源产生的噪声是常见主要的原因，而这些干扰信号会造成后续电路一系列的处理误差，所以在要求较高的场合，这样的噪声是必须要解决的。

2解决措施

开关电源电路一般由整流平滑电路、集成开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路等构成。其工作原理：开关电路供应稳定电压和平滑的电流，是本电路的主要部分，开关晶体管的集电极电流决定电源的输出电流。纹波的解决措施[3][4]主要有：调整电感和电容参数、增加电容电阻缓冲网络。

2.1调整电感和电容参数

电流波动与电感参数、以及输出电容大小有关，通常电感值越小，波动越大，输出电容值越小，波纹越大。因此可以通过增大电感值和输出电容值来降低波纹。在这里以BUCK型开关电源为例，当开关电源工作时，提供的电压不变，但是电流会变化，为了稳定电源的输出电流，在如图4（a）的指示位置并联一个电容C+。通过增加电感值的方法来减小波纹的做法是受限的。因为电感越大，体积就越大。电感的取值可以这样计算：假定输入电压为Vin，输出电压为Vo，工作频率为f，输出电流为I，电感中电流的波动值为驻I的话，有：在电路调试过程中发现，随着C+不断增加，减小波纹的效果会越来越差，同时增加f，会增加开关损失。因此可以通过再加一级LC滤波器的方法来改善，如图4（b）所示。LC滤波器抑制波纹的效果较好，只要根据需要除去的纹波频率选择合适的电感电容即可。

2.2增加电容电阻缓冲网络

在二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻与电容取值要经过反复试验才能确定，一般选择电阻为10Ω-100Ω，电容取4.7pF-2.2nF。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

3电路设计及实测

根据以上分析，设计出了一种开关稳压电源如图5所示，采用可控硅触发方式。通过整流放大后的波纹去触发可控硅的导通，当整流电压值为零时，可控硅自动关断。只要用输出电压的变化来控制触发信号的前沿，即可实现稳压。稳压电路主要由可控硅、4个晶体管和1个变压器等组成，如图5所示。我们在multisim环境下对该电路进行仿真，效果非常好。再用实际电路搭试，并加上30欧姆纯电阻阻抗后，选取了7个测试点，测试波形见图6所示。图中变压器T、二极管D1～D4和电容器C1-4组成整流滤波电路，测试点1电压纹波波形见图6中1的图像，显然是在全波整流后的纹波出现；电阻R2、R3和隔直电容C5组成取样电路，测试点2电压纹波波形见图6中2的图像；控制可控硅的纹波信号测试点3、4电压纹波波形见图6中的3、4的图像；隔直后的测试点5电压纹波波形见图6中的5的图像；线圈T2控制信号的初级波形见图6中7的图像；线圈T2次级控制可控硅信号见图6中6的图像。当电压没有纹波时，线圈T2不发挥作用，但当电压有波动时（纹波），则自动控制可控硅工作，抑制电压的波动。在电路中的电感对抑制电压的波动也起到了良好的作用，其电感值可以根据电压的大小和对纹波的要求进行适当的选择。该电路在最后的输出功率可以达到110W，当负载发生变化10-104欧姆时，电压变化的范围大约是1毫伏。

4结束语

本文对开关电源噪声与纹波的产生原因和抑制方法进行了分析和讨论，并设计出了一种晶体管开关稳压电源电路，观察仿真实验，可以得出该设计能够抑制一定的电源噪声与波纹。在实际中，需要依据产品的参数，如体积、成本等问题综合考虑，选择合适的设计方法。

参考文献：

开关电源电路范文第4篇

关键词： 开关电源； 单端反激； 高频变压器； 双反馈

中图分类号： TN702?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）14?0162?04

Design of multi?channel switching power supply with single?ended flyback

HU Zhi?qiang 1， WANG Gai?yun1， WANG Yuan 2

（1. Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China；2. Shandong Huayu Vocational College， Dezhou 253034， China）

Abstract： A TOP223Y?based switching power supply with multi?channel output single?end flyback AC/DC module was designed. Peripheral circuits are analyzed by TOP Switch series single?chip switching power supply chip and the feedback system composed of TL431 and PC817A. The AC/DC switching power supply whose voltage stabilization adjusting weight is 0.6 and 0.4 with the outputs of +5V/3A and +12V/1A was designed. The experimental results show that the switching power supply has high efficiency， small ripple， high output accuracy and high stability.

Keywords： switching power supply； single?ended flyback； high?frequency transformer； double feedback

单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。美国PI公司的TOPSwitch系列器件即是一种新型三端离线式单片高频开关电源芯片，开关频率fs高达100 kHz，此芯片将PWM控制器、高耐压功率MOSFET、保护电路等高度集成，连接少许器件即可使用[1?2]。本文介绍了一种基于TOP223Y输出为+5 V/3 A，+12 V/1 A的单端反激式开关电源的设计原理和方法。

1 设计原理

开关电源是涉及众多学科的一门应用领域，通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的，能够实现AC/DC或者DC/DC转换。

TOP223Y共三个端：控制极C、源极S、漏极D。因只有漏极D用作脉宽调制功率控制输出，故称单端；高频变压器在功率开关导通时只是将能量存储在初级绕组中，起到电感的作用，在功率开关关闭时才将能量传递给次级绕组，起变压作用，故称反激式[1]。

图1 开关电源控制原理框图

电路功能部分主要由输入/输出整流滤波、功率变换、反馈电路组成。工作原理简述为：220 V市电交流经过整流滤波得到直流电压，再经TOP223Y脉宽调制和高频变压器DC?AC变换得到高频矩形波电压，最后经输出整流滤波得到品质优良的直流电压，同时反馈回路通过对输出电压的采样、比较和放大处理，将得到的电流信号输入到TOP223Y的控制端C，控制占空比调节输出，使输出电压稳定。

2 设计要求

设计作为某智能仪器的供电电源，具体的参数要求如下：交流输入电压最小值：VACMIN=85 V；交流输入电压最大值：VACMAX=265 V；输出：U1：+5 V/3 A；U2：+12 V/1 A；输出功率：Po=27 W；偏置电压：VB=12 V；电网频率fL=50 Hz；开关频率fs=100 kHz；纹波电压：小于100 mV；电源效率：η大于80%；损耗分配因数Z为0.5；功率因数为0.5。

3 设计实例

本设计是基于TOP223Y的多路单端反激式开关电源，性能优越，便于集成。电路原理如图2所示，可分为输入保护电路、输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈回路、控制电路7个部分。

图2 开关电源电路原理图

3.1 输入保护电路

由保险丝F1、热敏电阻RT和压敏电阻RV组成，对输入端进行过电压、过电流保护。

保险丝F1用于当线路出现故障产生过电流时切断电路，保护电路元器件不被损坏，其额定电流IF1按照IF1>2IACRMS选择3 A/250 VAC保险丝，其中IACRMS为原边有效电流值。热敏电阻RT用以吸收开机浪涌电流，避免瞬间电流过大，对整流二极管和保险丝带来冲击，造成损坏，加入热敏电阻可以有效提高电源设计的安全系数，其阻值按照RRT1>0.014VACMAX/IACRMS选择10D?11（10 Ω/2.4 A）。压敏电阻RV能在断开交流输入时提供放电通路，以防止大电流冲击，同时对冲击电压也有较好钳位作用。RV选取MY31?270/3，标称值为220 V。

3.2 输入整流滤波电路

由EMI滤波电路、整流电路、稳压电路组成。

EMI滤波电路针对来自电网噪声干扰。采用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2构成典型的Π型滤波器。

CX1和CX2用来滤除来自电网的差模干扰，称为X电容，通常取值100～220 nF，这里取100 μF；CY1和CY2用来滤除来自电网的共模干扰，称为Y电容，通常取值为1～4.7 nF，这里取2.2 nF；同样用来消除共模干扰的共模电感L1的取值8～33 mH，这里取8 mH，采取双线并绕。

输入整流电路选择不可控全波整流桥。整流桥的反向耐压值应大于1.25倍的最大直流输入电压，整流桥的额定电流应大于两倍的交流输入的有效值，计算后选择反向击穿电压为560 V，额定电流为3 A的KBP306整流桥。

在当前的供电条件下，输入储能电容器CIN的值根据输出功率按照2～3 μF/W来取值，考虑余量，取CIN=100 μF/400 V的电解电容。假设整流桥中二极管导通时间为tc=3 ms，可由：

（1）

（2）

得到输入直流电压的最小值和最大值。

3.3 钳位保护电路

当功率开关关断时，由于漏感的影响，高频变压器的初级绕组上会产生反射电压和尖峰电压，这些电压会直接施加在TOPSwitch芯片的漏极上，不加保护极容易使功率开关MOSFET烧坏。加入由R1、C2和VD1组成经典的RCD钳位保护电路，则可以有效地吸收尖峰冲击将漏极电压钳位在200 V左右，保护芯片不受损坏。推荐钳位电阻R1取27 kΩ/2 W，VD1钳位阻断二极管快恢复二极管耐压800 V的FR106，钳位电容选取22 nF/600 V的CBB电容。

3.4 高频变压器

3.4.1 磁芯的选择

磁芯是制造高频变压器的重要组成，设计时合理、正确地选择磁芯材料、参数、结构，对变压器的使用性能和可靠性，将产生至关重要的影响。高频变压器磁芯只工作在磁滞回线的第一象限。在开关管导通时只储存能量，而在截止时向负载传递能量。因为开关频率为100 kHz，属于比较高的类型，所以选择材料时选择在此频率下效率较高的铁氧体，由：

（3）

估算磁芯有效截面积为0.71 cm2，根据计算出的考虑到阈量，查阅磁芯手册，选取EE2825，其磁芯长度A=28 mm，有效截面积SJ=0.869 cm2，有效磁路长度L=5.77 cm，磁芯的等效电感AL=3.3 μH/匝2，骨架宽度Bw=9.60 mm。

3.4.2 初级线圈的参数[3]

（1）最大占空比。根据式（1），代入数据：宽范围输入时，次级反射到初级的反射电压VoR取135 V，查阅TOP223Y数据手册知MOSFET导通时的漏极至源极的电压VDS=10 V，则：

（4）

（2）设置。KRP=，其中IR为初级纹波电流；IP为初级峰值电流；KRP用以表征开关电源的工作模式（连续、非连续）。连续模式时KRP小于1，非连续模式KRP大于1。对于KRP的选取，一般由最小值选起，即当电网入电压为100 VAC/115 VAC或者通用输入时，KRP=0.4；当电网输入电压为230 VAC时，取KRP=0.6。当选取的KRP较小时，可以选用小功率的功率开关，但高频变压器体积相对要大，反之，当选取的KRP较大时，高频变压器体积相对较小，但需要较大功率的功率开关。对于KRP的选取需要根据实际不断调整取最佳。

（3）初级线圈的电流

初级平均输入电流值（单位：A）：

（5）

初级峰值电流值（单位：A）：

（6）

初级脉动（纹波）电流值（单位：A）：

初级有效电流值（均方根值RMS（单位：A））：

（7）

查阅手册，由：

（8）

可知，选取合适。TOPSwitch器件的选择遵循的原则是选择功率容量足够的最小的型号。

（4）变压器初级电感

（9）

（5）气隙长度

（10）

Lg>0.051 mm，参数合适，μy为常数4π×10?7 H/m。

3.4.3 初级次级绕组匝数[4]

当电网电压为230 V和通用输入220 V时：每伏特取0.6匝，即KNS=0.6。由于输出侧采用较大功率的肖特基二极管用作输出整流二极管，因此VD取0.7 V，磁芯的最大工作磁通密度在BM在2 000～3 000 GS范围内。偏置二极管VDB的压降取0.7 V，偏置电压VB取12 V。

初级绕组匝数：

（10）

次级绕组匝数：

（11）

（12）

偏置绕组匝数：

（13）

3.5 输出整流滤波电路

由整流二极管、滤波电容和平波电感组成。将次级绕组的高频方波电压转变成脉动的直流电压，再通过输出滤波电路滤除高频纹波，使输出端获得稳定的直流电压。肖特基二极管正向导通损耗小、反向恢复时问短，在降低反向恢复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有明显的性能优势，所以选用肖特基二极管作为整流二极管，参数根据最大反向峰值电压VR选择，同时二极管的额定电流应该至少为最大输出电流的3～5倍。次级绕组的反向峰值电压VSM为：

（14）

（15）

式中：VS为次级绕组的输出电压；VACMAX为输入交流电压最大值，则：

（16）

（17）

则VR1=22 V，VR2=57.1 V，VD2，VD3，VD4均选择MBR1060CT，最大反向电压60 V，最大整流电流10 A。RC串联谐振可以消除尖峰脉冲，防止二极管击穿。

第一级滤波电容的选择由式（18）确定：

（18）

式中：Iout是输出端的额定电流，单位为A；Dmin是在高输入电压和轻载下所估计的最小占空比（估计值为0.3）；V（PK?PK）是最大的输出电压纹波峰峰值，单位为mV。计算得出后考虑阈值C6取100 μF/10 V，C8取220 μF/35 V。

第二级经LC滤波使不满足纹波要求的电压再次滤波。输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，在这里可以选择C7取22 μF/10 V，C9取10 μF/35 V。C5取经验值0.1 μF/25 V。输出滤波电感根据经验取2.2～4.7 μH，采用3.3 μH的穿心电感，能主动抑制开关噪声的产生。为减少共模干扰，在输出的地与高压侧的地之间接共模抑制电容C15。

3.6 反馈回路设计

开关电源的反馈电路有四种类型：基本反馈电路、改进型基本反馈电路、配稳压管的光耦反馈电路、配TL431的光耦反馈电路。本设计采用电压调整率精度高的可调式精密并联稳压器TL431加线形光耦PC817A构成反馈回路。

TL431通过电路取样电阻来检测输出电压的变化量ΔU，然后将采样电压送入TL431的输入控制端，与TL431的2.5 V参考电压进行比较，输出电压UK也发生相应变化，从而使线性光电耦合器中的发光二极管工作电流发生线性变化，光电耦合器输出电流。

经过光电耦合器和TL431组成的外部误差放大器，调节TOP223Y控制端C的电流IC，调整占空比D（IC与D成反比），从而使输出电压变化，达到稳定输出电压的目的。

对于电路中的反馈部分，开关电源反馈电路仅从一路输出回路引出反馈信号，其余未加反馈电路。这样，当5 V输出的负载电流发生变化时，定会影响12 V输出的稳定性。

解决方法是给12 V输出也增加反馈电路。另外，电路中C10为TL431的频率补偿电容，可以提高TL431的瞬态频率响应。R5为光电耦合器的限流电阻，R5的大小决定控制环路的增益。电容器C13为软启动电容器，可以消除刚启动电源时芯片产生的电压过冲。

下面主要是确定R4～R8的值：

按照应用要求，对5 V电源要求较高，但也要兼顾12 V电源，权衡反馈量，将R7，R8的反馈权值均设置为0.6，0.4，各个输出的稳定性均得到保障和提高。

只有5 V输出有反馈时，如R4，R7取值均为10 kΩ，此时电流=250 μA，分权后，R7分得150 μA、R8分得150 μA。根据TL431的特性知，Vo，VREF，R7，R8，R4之间存在以下关系：

（19）

（20）

式中：VREF为TL431参考端电压，为2.5 V；Vo为TL431输出电压。根据电流分配关系得（单位：kΩ）：

（21）

（22）

又由电路可知 ：

（23）

式中：VF 为光耦二极管的正向压降，由PC817技术手册知，典型值为1.2 V。先取R5=390 Ω，可得R6=139 Ω，取标称值150 Ω。

3.7 控制回路

由电容C7和电阻R12串联组成。C9用来滤除控制端的尖峰电压并决定自动重启动时序，并和R12一起设定控制环路的主极点为反馈控制回路进行环路补偿。由数据手册知，C9选择47 μF/25 V的电解电容，当C9 =47 μF时，自动重启频率为1.2 Hz，即每隔0.83 s检测一次调节失控故障是否已经被排除，若确认已被排除，就自动重启开关电源恢复正常工作[1]。R12取6.2 Ω。

4 实验结果及分析

根据以上的设计方法和规范，设计出的一种基于TOP223Y双路+5 V/3 A，+12 V/1 A输出的反激式开关电源。在宽范围85～265 VAC的输入范围下对其性能进行了测试，如表1所示。

表1 开关电源输入性能测试数据（部分）

由以上选取的实验数据得出，+5 V/3 A（反馈权重0.6，负载500 Ω）输出的电压调整率为SV = ±0.18%，输出的纹波电压为39 mV，输出的最大电流为3.2 A；

+12 V/1 A（反馈权重0.4，负载750 Ω）输出的电压调整率为SV = ±0. 3%，输出的纹波电压为68 mV，输出的最大电流为1.10 A。

该电源在满载状态时，功率可达27.6 W，最大占空比为0.60， 电源效率为83.1%，开关电源具有良好的性能，满足应用要求。

6 结 语

本开关电源的设计，芯片的高度集成化，电路设计简单。电源的性能通过参数的调节仍有提升的空间。双输出双反馈异权重的设计使开关电源的更加实用灵活，不同的保护电路的设计，使电源的实用更加安全可靠，该电源在实际应用中表现良好。

参考文献

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[4] 赵祥，方方，马柯帆，等.基于TOP261YN芯片的多路输出单端反激式开关电源的设计[J].核电子学与探测技术，2010（11）：1529?1532.

[5] 戚本宇.多路输出单端反激式开关电源设计[D].淄博：山东理工大学，2012.

[6] 房雪莲.基于UC3845的非隔离反激式输出可调开关电源设计[J].现代电子技术，2012，35（16）：174?177.

开关电源电路范文第5篇

【关键词】低压开关柜；双路电源；进线设计

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

低压开关柜会经常需要两路电源进线。这两路电源一路为市电，另一路为自发电源，要求在某一路电源停电时切换到另一路电源上。但一路电源合闸后另一路就不准合闸，以避免一路有电电源向另一路无电电源倒送电，造成事故。

一、低压开关柜

1、概述

低压开关柜中进线柜、母联柜、电容柜采用固定分隔式结构，出线柜采用抽屉式结构。本技术要求适用于本合同的成套低压固定分隔式开关柜或抽屉式开关柜，它对户内低压开关包括母线的设计、材料、结构、试验、技术文件等提出了最低要求。

2、技术标准

除相关文件提出的要求外，所有设备还应符合中华人民共和国标准（GB）或有关国际标准的最新版本，应提供经LOVAG认可的国际权威试验室的型式试验报告、国内型式试验报告和3C认证证书。

3、使用条件

（1）海拔高度：2000米以内；

（2）环境温度：-20～+50℃；

（3）相对湿度：95%（20℃时）。

4、系统数据

（1）400V，3相4线，50Hz，中性点接地。

（2）电压变化范围：正常±10%，瞬时-20%，频率变化范围±4%。

5、系统说明

（1）本设备用于本项目变电所的低压配电系统。

（2）本低压开关柜应包括主电路、辅助电路、母线，是一台或多台低压开关电器及其保护和控制装置的组合，同时包括控制、测量、信号指示和各种附件以及所有内部电气和机械的连接。

（3）低压控制装置包括低压一次设备（如熔断器、断路器、接触器、热继电器等）和二次系统。按照本技术标书所附系统图的要求，将有关的一、二次设备组装在封闭的金属柜内，成为低压开关柜。

（4）元器件选用

要求智能型框架断路器具有完善的三段式保护：过载长延时、短路瞬动、短路延时、接地保护（根据施工图要求进行配置）及上下级配合功能。

所有受电主开关和馈电开关，应使用同一公司同一品牌的产品。

（5）断路器安装方式

整定电流500A以上的断路器采用框架式（ACB）抽出安装。整定电流500A及以下的断路器采用塑壳式，采用插拔式安装。

（6）其它

风机正、反转可在低压开关柜内和现场完成。

二、低压开关柜中双路电源进线的设计

双路电源进线的常用设计方法是采用双投开关，如HS13。这种双投开关的结构决定了只能做在柜深较深的固定式面板的柜中，如PGL柜中，局限性就比较大。

现在主隔离开关都选用全封闭式免维护引进产品QSA刀熔开关或QA无熔断器隔离开关。如果两路电源每路进一只QSA(或QA)，出线端并联引出，只要专门设计机械联锁机构以保证两只开关不能同时合闸，那么无论是在选用元件的先进性，安装的灵活适应性上都将比旧式的双投开关好。机械联锁装置有多种设计方案，原理都是利用合闸开关旋转90，后反映到距离的变化，阻止另一开关的旋转(合闸)。但这些设计有的要破坏开关的完整性—焊接转轴等，有的要妨碍柜中元件的维护、检修。

现在设计一种适用于任何柜体，且只与操作手柄的安装孔(在门上)及锁头(可卸件)发生关系的机械联锁机构(见下图)。在GLG-0.4分隔式低压开关柜和XLL-0.4组合分隔式开关柜上安装使用了几十套，效果很好。

1.联锁挡板2.定位板3.偏心轮4.防伸挡板

5.自攻螺钉ST4.8x196.紧定螺钉7.螺钉8.导向销

机构是用套在锁头方轴上特制凸轮块随锁头旋转时最高点顶住联锁挡板，压住另一把QSA锁头方轴上凸轮的最低边，因而阻止了两只开关同时合附的可能性。在实际制作中，因手柄长度较长(140mm)，当一只开关合上后，强行扳动另一只开关时，凸轮对联锁挡板所施的力矩约是手柄所施力的5倍，无疑会对另一开关轴产生很强的推力，迫使两根轴向上下两端延伸，两轴间距增大。一旦间距增大到超过偏心凸轮的最高点与最低点的差值时，凸轮便会强行转过联锁挡板的阻止产生误动作，这是绝对不允许的，为此在两凸轮的最外两边装设两块“防伸挡板”，防止两轴的延伸。这样，除非将固定“防伸挡板”的两只ST4.8mmx19mm。自攻螺钉切断，否则便不可能误动作。

这种机械联锁机构巧妙地利用操作手柄四只安装孔，结构紧凑，大面积的联锁挡板装在门背后随门一起转动，不占仓位面积，不遮视线，不影响接线和仓位元件维修。安装开关柜时可以在所有元件安装完毕后再加装本联锁装置，安装维修极为方便。，

联锁机构总计五种零件，九件。其中两种，四件为机加工件；三种，五件为饭金件。因精度要求不高，制作较为方便，而且适用范围广，可适用于QSA-16oA-QSA-63oA；QA-400A~QA-630A等用H系列旋转操作手柄的任一种开关。

最近我发现用两只QSA竖直合并后，中间加联锁机构及出轴，并将两只开关固定在一势板上，做成QSA(或QA)式的双投开关的资料。与这种产品相比，上述的双电源进线设计仍有其优越性，这是由于:(1)新双投开关占用仓位较多。以QSA-630A为例，竖装两开关总长为6900m加板后整体不会小于750mm，只能装在800~880mm高的仓位中；而机械联锁式用两只横装的QSA-630A总高540mm，可装在600-660mm的仓中，缩小了一个档次的仓位高度；(2)双电源进线中较常用一路开关(如常用市电)较易损坏，而另一路开关使用时间相对小得多。当常用的一路开关需更换时，新双投开关因连在一起只能一起换掉；而分立式双路开关只需换掉一只常用开关即可，维护费用相对较为节省；(3)新双投开关完全由两只QSA(或QA)拼装加附加机构而成，而分立式双路开关仅增加一套成本不高、易于自制的机械联锁机构，总计价格估计不会高于新双投开关。

三、低压开关柜双电源供电的实现

对于单母线分段双电源供电系统，可有多种运行方式，本设计仅为二路电源同时供电，以母联作备自投的一种常用方案，其特点是当工作电源失电后，母联在满足自投条件下自动投入运行；当失电线路恢复来电时，又能自动切断母联断路器，自动恢复原线路供电。

1、ATS装置动作的基本条件

（1）母线工作电源由人工手动切除，或保护装置动作跳闸造成母线失电，ATS装置不应动作

（2）I(II)段母线工作电源断开后，II(I)段工作母线应具有60％～70％的额定电压（228V~266V）方具备自投条件。

（3）工作母线失压保护按母线额定电压的25％（95V）整定，电压继电器1KV～4KV全部按串联连接，线圈长期允许工作电压为440V。若运行中发生B相熔丝熔断，1KV（3KV）和2KV（4KV）的电压降相同，同为190V，此时因1KV(3KV)继电器实际工作电压高于整定值，因而1KV（3KV）不会误动作，仅发生缺相报警信号，因而避免了ATS的误动作。

（4）ATS是否投入运行，由运行值班人员根据所需的运行方式决定，并由工作转换开关1SA（2SA）切换至所需工位。

2、母线初次送电

I，II段母线分别由二路电源供电，转换开关1SA~3SA均在手动位置，由工人手动操作，先后合上进线断路器1QF，2QF。

3、自投过程

（1）将母联断路器3QF置于热备用状态。

（2）在二路电源同时供电的情况下，操作转换开关1SA~3SA，置于自动工作位置。

（3）假设I段工作母线失压并断流，时间继电器1KT动作，1KC释放，I段进线断路器经延时后跳闸，延时时间的整定应避免母线晃电造成瞬间断电而误动作。

（4）1QF跳闸后，母联3QF合闸回路全部通路，并完成自投合闸过程。

4、自复过程

（1）当I段进线电源侧三相全部恢复供电后，3KT即失电延时返回，并接通3QF跳闸回路，使母联跳闸。

（2）3QF跳闸后，1HQ即得电，并将I段进线电源合上恢复供电。

（3）如运行要求不需要来电自复，只须将3QF分闸回路切换片1XB切换至信号位置，指示进线电源已恢复供电。

5、故障失电

I(II)段母线在运行时如发生故障,过流继电器2KC(4KC)动作，I(II)段进线断路器1QF(2QF)立即分闸，并启动5KA(6KA) ，使3QF合闸回路断开，禁止ATS误动，并发出过流报警信号。报警信号由人工手动复位。

结束语

以上所设计的双路进线QSA(QA)联锁机构无论在通用性、可靠性、经济性和新颖性方面都占优势，可供成套厂、设计院及新型双投开关试制厂设计部门参考。

参考文献

[1] 王士勇,宋彬. GFW开关柜改型研究及应用[J]. 煤炭技术. 2008(06)