打印机电源分析.doc

1 毕业设计 论文 2011 届 题 目 打印机电源板分析 专业名称 应用电子技术 姓 名 陈廷良 陈建正 学 号 0810414019 0810414010 班 级 08 电子设备 指导教师 饶光洋 邓润根 20112011 年年 4 4 月月 9 9 日日 2 摘要摘要 开关电源被誉为高效节能电源 它代表稳压电源的发展方向 现已成为稳压电源的主流产品 目前开关 电源正进入一个蓬勃发展的新时期 各种新技术被普遍采用 新产品层出不穷 开关电源的发展方向是高频 高可靠 低耗 低噪声 抗干扰和模块化 由于开关电源轻 小 薄的关键技术是高频化 因此国外各大开 关电源制造商都致力于同步材料上加大科技创新技术 以提高在高频率和较大磁通密度 Bs 下获得高的磁 性能 在电容的小型化也是一项关键技术 SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展 在电路板两面 布置元器件 以确保开关电源的轻 小 薄 开关电源广泛应用于通信 LED 显示屛 工业控制 广播电视 计算机网络 医疗器械 智能监控和办 公设备等领域 本文主要介绍松下 KX FL513CN 电源电路板的工作原理 该电源主要采用反激式变换器为核心 通过滤 波整流电路 稳压控制电路 而且还特别介绍了反激变换器的详细工作过程及原理 本电源电路看起来复杂 但经过我们对电路的分析和整理之后 让人有了一种通俗易懂的感觉 关键字 打印机电源 开关电源 3 AbstarctAbstarct Switching power supply is known as high efficiency and energy saving power it is representing manostat the development direction has become the mainstream product manostat Current switching power supply is entering a new period of vigorous development all sorts of new technology has been widely adopted new product emerge in endlessly Switching power supply is the development direction of high frequency high reliability low consumption low noise anti jamming and modularization Due to the switch power light small and thin key technology of high frequency change therefore is overseas each big switching power supply manufacturer are devoted to the development of new high intelligent synchronous rectifier especially the improvement of secondary components of the device and the power loss of Zn ferrite Mn Zn material Increase science and technology innovation to improve in high frequency and larger magnetic flux density Bs to acquire high magnetic and capacitor is the miniaturization of a key technique SMT technology application makes switching power supply has made considerable progress in PCB layout two components to ensure switch power supply light small and thin Switching power supply is widely applied in communication the LED display industry control broadcasting and TV computer network medical equipment intelligent monitoring and office equipment etc This paper mainly introduces the panasonic FL513CN power circuit KX the working principle The power supply mainly USES the flyback converter type as the core the filter rectifier circuit such as voltage control circuit to the printer provide stable dc voltage This paper explains the main part of the working principle and process including rectifier filter circuits flyback converter and voltage control circuit type but also specially introduced flyback converter type detailed work process and principle The power circuit looks complicated but after we to circuit analysis and after clearing up let a person have the feeling of a kind of straightaway Keywords Keywords Power Supply Printer Switching power 4 目录目录 摘要摘要 1 1 第一章第一章 打印机开关电源概述打印机开关电源概述5 5 一 实物图 5 二 基本结构图 6 三 电源电路图 6 四 工作过程 6 第二章第二章 开关电源电路的组成及分析开关电源电路的组成及分析7 7 一 交流输入及抗干扰电路分析 7 二 整流滤波电路 7 三 启动电路 8 四 震荡原理 9 一 KA7552 集成电路 10 二 工作过程 11 五 过流保护工作原理 11 六 反激式变换器 12 一 变压器工作原理 12 二 反激式变换器的工作过程 13 七 稳压控制电路 18 稳压输出电路 19 八 保护电路 20 一 浪涌电流限制电路 20 二 尖峰吸收电路 20 三 过流保护电路 20 九 辅助电源电路 21 第三章第三章 总结总结2222 参考文献参考文献2323 5 第一章第一章 打印机开关电源概述打印机开关电源概述 打印机是现代办公必备的设备之一 可以说 打印机的出现大大减轻的工作的劳动强度 提高了工作效率 使办公环境变得更加轻松 而开关电源作为稳压电源 给电子设备提供稳定 的工作电压 也是打印机电源供电电路的重要部分 下面我们以松下 KX FL513CN 电源电路板 科迪办公设备班提供 来分析 一 实物图 6 二 基本结构图 三 电源电路图 四 工作过程 交流市电经插座输入后 经过一只保险管再经高压滤波后整流输出 320V 直流电压 通过 启动电阻使 IC101 得电控制开关管 Q101 工作 使变压器 T101 工作 最后经过稳压二极管整流 滤波得出后面电路所需的工作电压 期间通过取样电阻确保输出电压的稳定 具体将在第二章 中详细分析 7 第二章第二章 开关电源电路的组成及分析开关电源电路的组成及分析 从这一章开始我们将第一章中的电源电路图拆分开来 分成多部分来分析 一 交流输入及抗干扰电路分析 交流市电经插座输入后 经过一只 3 15A 保险管 F101 电源的高压滤波电容 C102 边上 有一个黑色的压敏电阻 其作用是防浪涌冲击的 如雷击 其耐压值为 380 10 V 当市电电 压超过这个范围时 压敏电阻阻值就会立即降低 F101 保险丝就烧断 从而保护电源其它电路 的安全 该电源采用两节滤波电路 抗干扰效果好 抗干扰电路又称干扰抑制电路通常设置在整流滤波电路之前 作用是用来抑制交流电中的 高频干扰成分 防止串入开关电源电路对电源产生干扰 更为重要的是防止开关电源电路工作 时产生的高频杂波通过电源线串入电网对电网造成干扰 这种干扰称为传导干扰 该电源电路中的抗干扰电路原理图如图 1 所示 这是将两个电感制作在同一个磁芯里形成 一个同芯电感 在交流电通时 所产生的磁通正好大小相等 方向相反而抵消 能有效地抑制 共模干扰信号 电容 C102 C1 滤除电路中因高频引起的差模干扰信号 电容 C103 C104 滤除 电路中因低频引起的干扰信号 图图 1 1 抗干扰电路抗干扰电路 二 整流滤波电路 市电经抗干扰电路滤除杂波后 进入整流滤波电路 整流电路采用桥式整流 利用晶 体二极管的单向导电特性进行整流 该整流电路如图 2 所示 采用四只晶体二极管接成桥式形式 当输入为正半周时 D102 D104 承受正向电压而导通 此时有电流流过 TH101 该电阻为负温度系数热敏电阻 其作用为限流 以防止过大损坏电路元件 电流路径为 L102 D102 TH101 D104 此时 D101 D103 因反偏而截止 同理 当输入负半周时 则为 D101 D103 导通 经过整流滤波后的直流电压是输入交流电压时的倍 即 320V 2 8 图图 2 2 整流电路整流电路 下面是整流前与整流后的波形 图图 3 3 整流前后波形整流前后波形 三 启动电路 该电路采用一个晶体二极管 D108 和两个电阻 R112 R113 组成的整形网络加到场效应管 Q101 的控制栅极 G 再接到 IC KA7552 产生震荡信号 如图 4 所示 KA7552 是产生 PWM 脉冲驱动电源开关管 Q101 的 IC 当主震荡电路还没有震荡的时候 KA7552 首先要得到电源 该电源是主震荡电路能否起震的关键 KA7552 第 6 脚的电源在主震 荡电路还没起震荡时 电压是由交流 220V 经 D107 半波镇流 R106 R107 串联分压电容 C110 滤 波得到 12 26V 之间的启动电压 R106 R107 称启动电阻 IC KA7552 得电后 第 5 脚产生产 生 PWM 脉冲驱动电源开关管 Q101 使主震荡电路震荡 主震荡电路启动后 次级 B1 B2 感应的 电压经继流二极管 D106 C110 镇流滤波得到电压提供给 KA7552 第 6 脚的电源 此时 KA7552 完成启动可以不再需要 12 26V 之间的启动电压 9 图图 4 4 启动电路启动电路 下面为 KA7552 芯片第五 六脚的波形 图图 5 KA7552KA7552 芯片第五 六脚的波形芯片第五 六脚的波形 四 震荡原理 该电路属于反激式开关电路由 IC KA7552 产生震荡信号 该控制信号经过电阻 R112 R113 D108 组成的整形网络加到场效应管 Q101 的控制栅极 G 当震荡信号的正半周时 场效应管 Q101 漏极源极 PN 节打开 电容 C106 正极上的 320V 电源流经变压器 T101 场效应 管 Q101 过流采样检测电阻 R105 最后回到电容 C106 的负极形成电流回路 当震荡信号的负 半周的时场效应管 Q101 漏极源极 PN 节关闭 没有电流经过在变压器 T101 这就完成了一次 震荡 在震荡信号的驱动下场效应管的开关作用使震荡电路这样周而复始的工作 这种交变的 电流产生变化的磁场 从而在变压器 T101 次级感应出所需要的各组电源 10 一 KA7552 集成电路 KA7552 集成电路采用 8 脚双列直插式朔封结构 如图 6 所示为 KA7552 集成电路的内部结 构框图 图图 6 6 KA7552KA7552 内部结构图内部结构图 KA7552 芯片 IC 工作电压范围为 10 30A 可直接驱动功率管 MOSFET 驱动电流最大可达 1 5A 驱动脉冲最大占空比 70 工作频率范围为 5 600kHz 轻松得到较高变换效率 减小 电源发热量 在锁定模式中有过压切断功能 具有完善的过流 过载 欠压保护电路与软启动电 路 待机时电流仅为 90 A KA7552 的引脚功能如下表 载路电阻 k 引脚号 引脚名 称 引脚功能 工作电压 V 红笔测量黑笔测量 1RT 震荡器外接时基电阻 1 076 26 2 2FB 稳压反馈输入 0 876 38 6 3IS 过流 取样检测 0 030 20 2 4GND 接地 000 5OUTPUT 驱动脉冲输出 PWM 0 45 126 6VCC 电源 12 03 610 7CT 震荡器外接时基电容 1 995 78 1 8CS 软启动 ON OFF 控制 2 836 019 KA7552 集成电路的第六脚为供电端 一般采用 12V 供电 第三脚外接取样电阻 R105 与内部电路构成过流检测电路 第五脚为驱动脉冲输出端 可直接驱动场效应管 第八脚为 ON OFF 控制端 该端兼有软启动控制的功能 11 二 工作过程 接通交流市电并按下开关 经整流滤波后得到 320V 直流电压 320V 电压分两路 一路经 变压器 T101 主绕组加至 Q101 的漏极 另一路通过启动电阻 R106 R107 及二极管 D107 和退耦 电容 C110 加到 KA7552 第六脚 为 KA7552 提供启动电压 另外 KA7552 第六脚内部电路有欠压 保护电路 当供电电压低于 8 7V 时 内部启动电路处于停止工作状态 振荡电路停止振荡 从电源接通到 KA7552 工作的启动时间由 R106 R107 和 C110 确定 当 KA7552 第六脚电压大于 16V 时 KA7552 开始工作 KA7552 工作后 内部振荡器通过外接电容充放电产生三角波振荡脉冲 振荡频率由 1 脚和 7 脚外接的电阻和电容决定 振荡脉冲加至 KA7552 内部 PWM 比较器 并与加在比较器的另外三 路电压 CS 脚电压 FB 脚电压 参考电压进行比较 再经推挽电路放大 PWM 驱动脉冲由 5 脚 输出 经 D108 R112 R113 加至 Q101 的栅极 使 Q101 进入振荡状态 由于 R106 R107 供电 电路在启动时提供的电流较小 当 Q101 振荡工作后 变压器 T101 各绕组产生感应电动势 T101 反馈绕组两端的感应电动势经二极管 D106 整流 C110 滤波形成稳定的直流电压 通过电 阻 R111 向 KA7552 第六脚提供工作电压 使电路工作稳定可靠 五 过流保护工作原理 松下 FX FL513CN 电源电路的过流采样 在开关电路的主震荡回路中串联了一个 R105 0 22 的电阻 根据欧姆定律 U IR 电阻 R105 的值是固定的 当负载电流过大时由于电 流变大那么在电阻 R105 上的电压 U 变大 该电压通过电阻 R110 反馈到 KA7552 的第 3 脚 当 第 3 脚的电压上升到规定的保护阀值电压时 KA7552 关闭第 5 脚的驱动脉冲输出从而使开关电 源停止震荡 达到保护的作用 图图 7 7 过流保护电路过流保护电路 12 六 反激式变换器 变换器是开关电源中体积最大的一个元件 如图 8 所示 也是完成功率转换的核心元件 开关变压的实质也是一个变压器 不过它与普通变压器有很大的区别 并且与普通变压器是不 能互换的 变换器中流过的是脉冲电流 绕组的匝数比普通变压器少 导线比普通变压器粗 图图 8 8 反激式变换器反激式变换器 一 变压器工作原理 该电路中变压器为直流脉冲变换电源开关 设变压器铁芯的截面为 S 当幅为 U 宽度为 的矩形脉冲电压施加到变压器的初级线圈上时 在变压器的初级线圈中就有励磁电流流过 同时 在变压器的铁芯中就会产生磁场 变压器的铁芯就会被磁化 在磁场强度为 H 的磁场作 用下又会产生磁通密度为 B 的磁力线通量 简称磁通 用 表示 磁通密度 B 或磁通受磁 场强度 H 的作用而发生变化的过程 称为磁化过程 所谓的励磁电流 就是让变换器铁芯充磁 和消磁的电流 根据法拉第电磁感应定理 电感线圈中的磁场或磁通密度发生变化时 将在线圈中啼生感 应电动势 线圈中感应电动势为 U N NS d dt dB dt 式中 N 为变换器的初级线圈的匝数 为变换器铁芯的磁通量 B 为变换器铁芯的磁感应强度 或磁通密度平均值 从上式可知 磁通密度的变化以等速变化进行 即 dB dt U NS 假定磁通密度的初始值为 B 0 B0 取 t 0 当 t 0 时 磁通密度以线性规律增长 即 B B0 t U NS 13 当 t 时 即时间达到脉冲的后沿时 磁通密度达到最大值 Bm B 磁通密度增量 磁 通密度初始值和最终值之差 B B B 0 Bm B0 当输入电压是一系列单极性矩形脉冲时 根据电磁感应定律 在变换器铁芯中将产生一 个磁通密度增量与之对应 即 B U NS 如果能忽略涡流影响 则磁场强度 H 平均值取决于导磁体材料的性质 变换器初始线圈内 的磁化电流的增长与 H 成正比 在特性曲线直线段内磁场强度 H 磁化电流和磁通密度 B 都以线性变化 脉冲电压作用结束后 t 变压器中的磁化电流将按变压器的输出电路特性 即电 路参数确定的干规律下降 变压器铁芯内的磁场强度和磁通密度也相减弱 此时变压器线圈内 产生反极性电压 即反电动势 二 反激式变换器的工作过程 图图 9 9 反激式变换器的工作过程反激式变换器的工作过程 图 9 a 的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联 由于储能滤波电容的容量很大 其 两端电压基本不变 变换器次级线圈输出电压 uo 相当于被整流二极管和输出电压 Uo进行限幅 因此 图 9 a 中输出电压 uo 的脉冲尖峰完全被削除 被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出 电压 Uo的最大值 Up 同时也等于变换器次级线圈输出电压 uo 的半波平均值 Upa 图 9 a 中 在控制开关 K 接通的 Ton 期间 输入电源 Ui 对变压器初级线圈 N1 绕组加电 初级线圈 N1 绕组有电流 i1 流过 在 N1 两端产生自感电动势的同时 在变换器次级线圈 N2 绕 组的两端也同时产生感应电动势 但由于整流二极管的作用 没有产生回路电流 相当于变换 器次级线圈开路 变换器次级线圈相当于一个电感 因此 流过变换器初级线圈 N1 绕组的电 流就是变换器的励磁电流 变换器初级线圈 N1 绕组两端产生自感电动势可由下式表示 e1 L1 Ui K 接通期间 6 1 di dt 或 e1 N1 Ui K 接通期间 6 2 d dt 上式中 e1 为变换器初级线圈 N1 绕组产生的自感电动势 L1 是变换器初级线圈 N1 绕组 14 的电感 N1 为变换器初级线圈 N1 绕组线圈绕组的匝数 为变换器铁心中的磁通 对 6 1 和 6 2 式进行积分 由此可求得 i1 Ui i 0 K 接通期间 6 3 t L1 Ui 0 K 关断瞬间 6 4 t N1 上式中 i1 是流过变换器初级线圈 N1 绕组的电流 为变换器铁心中的磁通 i1 0 为 变换器初级线圈中的初始电流 即 控制开关刚接通瞬间流过变换器初级线圈 N1 绕组的电流 0 为初始磁通 即 控制开关刚接通瞬间变换器铁心中的磁通 当开关电源工作于输出临 界连续电流状态时 这里的 i1 0 正好 0 而 0 正好等于剩磁通 S Br 当控制开关 K 将要 关断 且开关电源工作于输出电流临界连续状态时 i1 和 均达到最大值 i1m Ui K 关断瞬间 6 5 Ton L1 m Ui S Br S Bm K 关断瞬间 6 6 Ton N1 6 5 6 6 式中 i1m 为流过变换器初级线圈 N1 绕组的最大电流 即 控制开关关断 瞬间前流过变换器初级线圈 N1 绕组的电流 m 为变换器铁心中的最大磁通 即 控制开关 关断瞬间前变换器铁心中的磁通 S 为变换器铁心导磁面积 Br 为剩余磁感应强度 Bm 为最大 磁感应强度 当控制开关 K 由接通突然转为关断瞬间 流过变换器初级线圈的电流 i1 突然为 0 这意味 着变换器铁心中的磁通 也要产生突变 这是不可能的 如果变换器铁心中的磁通 产生 突变 变换器初 次级线圈回路就会产生无限高的反电动势 反电动势又会产生无限大的电流 而电流又会抵制磁通的变化 因此 变换器铁心中的磁通变化最终还是要受到变换器初 次级 线圈中的电流来约束的 因此 在控制开关 K 关断的 Toff 期间 变换器铁心中的磁通 主要由变换器次级线圈回路 中的电流来决定 即 e2 L2 uo K 关断期间 6 7 di2 dt 或 e2 N2 uo K 关断期间 6 8 d dt 上式中 e2 为变换器次级线圈 N2 绕组产生的感电动势 L2 是变换器次级线圈 N2 绕组的 电感 N2 为变换器初级线圈 N2 绕组线圈绕组的匝数 为变换器铁心中的磁通 uo 为变换 器次级线圈 N2 绕组的输出电压 由于反激式变换器开关电源的变换器次级线圈 N2 绕组的输出 电压都经过整流滤波 而滤波电容与负载电阻的时间常数非常大 因此 整流滤波输出电压 Uo 基本就等于 uo 的幅值 Up 对 6 7 和 6 8 式进行积分 并把 uo 用 Uo代之 即可求得 i2 Uo i2 0 K 关断期间 6 9 t L2 15 Uo 0 K 关断期间 6 10 t N2 式中 i2 是流过变换器次级线圈 N2 绕组的电流 为变换器铁心中的磁通 i2 0 为变换器 次级线圈 N2 绕组的初始电流 0 为初始磁通 实际上 i2 0 正好等于控制开关刚断开瞬 间流过变换器初级线圈 N1 绕组的电流被折算到次级绕组回路的电流 即 i2 0 i1m n 而 0 正好等于控制开关刚断开瞬间变换器铁心中的磁通 即 0 S Bm 当控制开 关 K 将要关断时 i2 和 均达到最小值 即 i2x Uo K 关断期间 6 11 Toff L2 i1m n x Uo S Bm K 关断期间 6 12 Toff N2 6 11 式中 n 为变换器次级线圈与初级线圈的匝数比 当开关电源工作于电流临界连续工 作状态时 6 11 式中的 i2x 等于 0 而 6 12 式中的 x 等于 S Br 由 6 5 式和 6 11 式 或者 6 6 式和 6 12 式 并注意到 变换器次级线圈与初级 线圈的电感量之比正好等于 n2 就可以求得反激式变换器开关电源的输出电压为 U0 D 输出电压 6 13 nUi 1 D f nUi f 3 f nUi f 6 13 式中 Uo为反激式变换器开关电源的输出电压 Ui 变换器初级线圈输入电压 D 为 控制开关的占空比 n 为变换器次级线圈与初级线圈的匝数比 这里还需注意 在决定反激式开关电源输出电压的 6 13 式中 并没有使用反激输出电 压最大值或峰值 Up 的概念 而式使用的 正好是正击式输出电压的峰值 Up 这是因为反激输 出电压的最大值或峰值 Up 计算比较复杂 并且峰值 Up 的幅度不稳定 它会随着输出负载大 小的变化而变化 而正击式输出电压的峰值 Up 则不会随着输出负载大小的变化而变化 顺便说一下 在控制开关 K 关断的 Toff 期间 变换器铁心中的磁通 主要由变换器次级线 圈回路中的电流来决定 这就相当于流过变换器次级线圈中的电流所产生的磁场可以使变换器 的铁心退磁 使变压器铁心中的磁场强度恢复到初始状态 由于控制开关突然关断 流过变换器初级线圈的励磁电流突然为 0 此时 流过变换器次 级线圈中的电流就正好接替原来变压器初级线圈中励磁电流的作用 使变换器铁心中的磁感应 强度由最大值 Bm 返回到剩磁所对应的磁感应强度 Br 位置 即 流过 N3 绕组电流是由最大值 逐步变化到 0 的 由此可知 反激式变换器开关电源在输出功率的同时 流过次级线圈回路中 的电流也在对变换器铁心进行退磁 16 图图 1010 工作于临界状态工作于临界状态 图 10 是反激式变换器开关电源 工作于临界连续电流状态时 整流输入电压 uo 负载电 流 Io 变换器铁芯的磁通 以及变换器初 次级电流等波形 图 10 a 中 变换器次级线圈输出电压 uo 是一个带正负极性的脉冲波形 一般负半周是 一个很规整的矩形波 而正半周 由于输出脉冲被整流二极管限幅 当开关电源工作于连续电 流或临界连续电流状态时 输出波形基本也是矩形波 因此 整流二极管的输入电压 uo 的正 半周幅度与输出电压 Uo或储能滤波电容的两端电压基本相同 因此 整流二极管的输入电压 uo 的幅值 Up 与半波平均值 Upa 以及整流输出电压 Uo均基本相等 图 10 b 是变换器铁芯中磁通量变化的过程 在控制开关接通期间 变换器铁芯被磁化 在控制开关关断期间 变换器铁芯被退磁 因此 在 Ton 期间 变换器铁芯中的磁通量是由剩 磁 S Br 向最大磁通 S Bm 方向变化 而在 Toff 期间 变换器铁芯中的磁通量是由最大磁通 S Bm 向剩磁 S Br 方向变化 图 10 c 是反激式变换器开关电源工作于临界电流状态时 变换器初 次级线圈的电流 波形 图中 i1 为流过变换器初级线圈中的电流 i2 为流过变换器次级线圈中的电流 虚线 所示 Io 是流过负载的电流 虚线所示 在控制开关接通期间 变换器铁芯被初级线圈电流 磁化 在控制开关关断期间 变换器铁芯被被次级线圈电流退磁 并向负载输出电流 从图 10 c 还可以看出 流过变换器初 次级线圈中的电流是可以突跳的 在控制开关关断的一 瞬间 流过变换器初级线圈的电流由最大值跳变到 0 而在同一时刻 流过变换器次级线圈的 电流由 0 跳变到最大值 并且 变换器初级线圈电流的最大值正好等于变换器次级线圈电流最 大值的 n 倍 n 为变换器次级电压与初级电压比 顺便指出 6 13 的结果 虽然是以开关电源工作于临界连续电流状态的条件求得 但 对于开关电源工作于连续电流状态或断流状态也同样成立 因为 在储能滤波电容的容量足够 大的情况下 输出电压 Uo只取决于其峰值电压 Up 而不是取决于其平均值 当开关电源工作于电流不连续状态时 即 控制开关的占空比减小时 6 3 式中的 i 0 和 6 11 式中的 i2x 均为 0 并且在控制开关关断期间还没结束前 流过变换器次级线圈的电 流就已降到 0 这相当于开关电源输出电压和输出电流都要降低 在此种情况下 开关电源将 会向负载降低功率输出 当开关电源工作于连续电流状态时 即 控制开关的占空比增大时 6 3 式中的 i 0 不 能为 0 6 11 式中的 i2x 也不能为 0 这相当于输出电压和输出电流都相应增加 在此种 情况下 开关电源将会向负载提供更大的功率输出 图 10 是反激式变换器开关电源 工作于电流不连续状态时 整流二极管的输入电压 uo 负载电流 Io 和变换器铁芯中的磁通 以及变换器初 次级电流等波形 17 图图 1111 工作于连续状态工作于连续状态 图 11 是反激式变换器开关电源 工作于连续电流状态时 整流二极管的输入电压 uo 负 载电流 Io 和变换器铁芯中的磁通 以及变换器初 次级电流等波形 由此可知 反激式变换器开关稳压电源就是通过改变控制开关的占空比来调节开关电源的 输出电压和对储能滤波电容的充 放电电流来达到稳定电压输出的 图图 1212 上面分析全部都是假定开关电源输出电压 Uo相对不变情况下的结果 实际上 当于开关电 源刚开始工作的时候 即 储能滤波电容刚开始充电的时候 开关电源输出电压 Uo也是在变化 的 但输出电压很快就由某个初始值过渡到某个稳定值 然后又由某个初始值 上一个稳定值 又过渡到下一个稳定值 因 此 我们把开关电源电路中 电压或电流由某个初始值过渡 到某个稳定值的过程 称为开关电源电路的过渡过程 由于本文所用的电路是采用反激式变换器 因此我们来看一下本例中反激式变换器在工作 18 时的波形图 图 13 图图 13 变换器工作前后的波形变换器工作前后的波形 七 稳压控制电路 从变换器的工作原理来讲 输出电压的高低取决于变换器的初级绕组中电流的大小和时间 长短 初级绕组中电流越大 电流流过的时间超长 次级绕组获得的感应电压越高 反之 次 级绕组获得的感应电压越低 因此 通过控制初级绕组中电流流过的时间长短 就可以控制输 出电压的高低 Q101 进入饱和和导通后 导通时间 即脉宽 的长短由脉宽控制电路来控制 也就是说 Q101 从导通到截止 是由控制电路来实现的 控制电路由取样电路 比较放大电路 基准电压 脉宽调整元件等组成 取样比较电路根 据输出电压的高低 与基准电压比较后输出不同的误差电压去控制脉宽调整电路 由脉宽调整 电路来调节开关管的导通时间 实现输出电压的稳定 电路上主要采用了光电耦合器 PC101 和 IC101 及光电耦合器 PC103 组成 稳压电路 图 14 由 R208 R209 R212 组成分压电路采样 24V 电源电压 ZD201 稳压二 极管为参考电压 Q201 为控制三极管 电阻 R212 的压降 U UQ201be UZD201 当 24V 电压升高时 通过 R208 R209 R212 分压采样后电阻 R212 上的电压 U 升高 稳压二极管的电压 UZD201是固 定不变的 此时 UQ201be电压升高即 Q201 的基极电位变大 Q201 进入饱和导通 流经光耦 PC101 的电流变大 PC101 的控制端发出强光 PC101 受控端内阻减小 反馈到 KA7552 第 2 脚的电压 发生变化 KA7552 根据该变化调整 5 脚输出的 PWM 占空比系数使开关管的导通放缓 变压器的 初级储能减小 使次级线圈感应的电压下降到固定的 24V 反之亦然 此外 5V 电源电压稳压 控制也是如此实现 19 图图 1414 稳压控制电路稳压控制电路 稳压输出电路 变压器的次级输出是 S1 S3 S2 S3 两组电源 S1 S3 绕组经 D201 C202 镇流滤波后得到 24V 直流电压 S2 S3 绕组经 D202 C204 镇流滤波后得约为 7V 的直流电压 该电压经 KA78R05 稳压后得到稳定的 5V 直流电压 图图 1515 稳压输出电路稳压输出电路 20 输出电压波形 图图 1616 输出电压波形输出电压波形 八 保护电路 电源中的保护电路主要包括浪涌电流限制电路 尖峰吸收电路 过流保护电路和过压保护 电路等 下面进行详细讲解 一 浪涌电流限制电路 由于该开关电源电路没设开关控制交流电的输入 而是在接入交流电后电源就直接工作 由于在工作时 不可避免发生抖动 造成接触不良 即使有开关 开机瞬间的大电流也会对整 流滤波电路产生冲击 损坏开关电源 为此 常用一只负温度系数热敏电阻连在整流滤波后 作为加浪涌电流限制元件 用来抑制冲击电流 如图 2 所示的限流元件 TH101 二 尖峰吸收电路 在开关管由导通到截止状态时 在初级绕组中将会产生高达 1KV 的反向感应电动势 这一 高压会使开关管瞬间击穿 为了保护开关管 电路设置了由 D105 C107 R102 组成的开关管 保护网络 称为尖峰吸收电路 在开关管导通期间 该电路对电源工作没有影响 在开关管截 止时 D105 正常工作 将初级绕组中的反向感应电动势释放 防止反峰高压将开关管击穿 保 护开关管 如图 2 所示 三 过流保护电路 当负载过重或有短路故障时 流过开关管的电流将会急剧增大 进而损坏开关管 为此 在电路中加入 R105 C113 R110 构成保护电路 R105 称为过流保护取样电阻 当由于负载过 重或负载回路有严重短路故障时 流过开关管的电流就会猛增过大 流过电阻 R105 的电流也 增大 并由 R105 转换为电压 通过 R110 加到 IC101 的第三脚 使 IC101 工作 通过 IC101 的 第五脚使开关管停止工作 达到保护的目的 电容 C113 起到加速保护的作用 称为加速电容 21 九 辅助电源电路 该电源电路中辅助电源电路的工作过程与主电源电路工作过程几乎相同 不同的是该电源 是在打印机待机状态下的供电系统 图图 1717 辅助电源电路辅助电源电路 其工作过程在经过和主电源系统的整流滤波后通过 T101 的 B1 B2 绕组再经 S2 S3 绕组输 出 7V 电压 最后在二极管和 7805 稳压管的作用下形成 5V 直流电压 其中光耦 PC102 为控制 辅助交流输入部分 光耦 P