USB充电器设计与制作

1、广东松山职业技术学院电气工程系USB充电器设计与制作多媒体课件充电器设计与制作多媒体课件演讲人演讲人: : 张文辉引入新课引入新课 电子设备都要求有很稳定的直流电源供电。传统的串联型电源虽然电子设备都要求有很稳定的直流电源供电。传统的串联型电源虽然技术成熟，并且有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、技术成熟，并且有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但通常都需要体积大且笨重的工输出纹波电压小、使用可靠等优点，但通常都需要体积大且笨重的工频变压器起隔离之用，滤波器的体积和重量也很大。而调整管工作在频变压器起隔离之用，滤波器的体积和重量也很大。而

2、调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其功率调整管必须承受较大线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其功率调整管必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有4545左右。左右。由于调整管上的功率消耗较大，需要采用大功率调整管并安装很大的由于调整管上的功率消耗较大，需要采用大功率调整管并安装很大的散热器，这就难以满足电子设备小型节能发展的要求。散热器，这就难以满足电子设备小型节能发展的要求。 解决方法就是采用开关电源方法。开关电源重量轻、体积小、功耗小，解决方法就是采用开关电源方法。开关电源重量轻、体积小、功耗小，效

3、率高、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性，而且对电网的适效率高、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性，而且对电网的适应能力也有较大的提高。从而促进了效率高的开关电源的迅速发展。应能力也有较大的提高。从而促进了效率高的开关电源的迅速发展。 手机充电器是指给手机等移动数码设备充电的设备，常见的有单口手机充电器是指给手机等移动数码设备充电的设备，常见的有单口USBUSB直充、带线直充、多口直充、带线直充、多口USBUSB直充、万能充、座充、车充等。如下图：直充、万能充、座充、车充等。如下图：一一、USBUSB充电器充电器简介简介1 1、USBUSB充电器类型充电器类型一、一、USBUSB充电器

4、充电器简介简介2 2、USBUSB充电器参数充电器参数 输入电压范围输入电压范围: :100-240V100-240V，车充，车充12-2412-24 输入电压范围输入电压范围: :通常在通常在4.2V4.2V、5V5V，快充，快充9V/12V9V/12V 输入电流范围输入电流范围: :通常在通常在4.2V4.2V、5V5V，快充，快充9V/12V9V/12V 使用环境场合使用环境场合: :2000-5000M2000-5000M划分，温度划分，温度0 0至至4 45 5度，湿度小于等于度，湿度小于等于90%90%。 安规认证安规认证: :CECE认证、中国认证、中国CCCCCC、美国、美国U

5、L FCC UL FCC 欧盟欧盟 使用地区国家使用地区国家: :一、一、USBUSB充电器充电器简介简介2 2、充电器的分类充电器的分类 线性电源线性电源：优点：优点：空载电压较高，空载电压较高，反应较反应较快，电压稳定度和负载稳定度快，电压稳定度和负载稳定度高，输出纹波电压小。高，输出纹波电压小。 开关电源开关电源：优点：优点：变换效率高，可高达变换效率高，可高达70%-95% 70%-95% 。1 1、功耗小、功耗小 2 2、稳定范围宽、稳定范围宽 3 3、体积小，重量轻、体积小，重量轻 。缺点：缺点：电压调整率差，变换效率低，只有电压调整率差，变换效率低，只有35%-60%35%-60

6、%。存在变压器和调整管功耗大。存在变压器和调整管功耗大。242V187VVA缺点：缺点：电路比较复杂，输出的纹波电压较高（每一个开关周期有一个纹波），瞬电路比较复杂，输出的纹波电压较高（每一个开关周期有一个纹波），瞬态响应较差，存在高频干扰等。因此，开关稳压电源的应用受到一定的限制。态响应较差，存在高频干扰等。因此，开关稳压电源的应用受到一定的限制。 空载空载4.2V4.2V的充电器：的充电器： 充电器直接给电池充电，手机只是充电器直接给电池充电，手机只是提供了一个转接的作用。提供了一个转接的作用。 空载空载4.2V4.2V以上的充电器：以上的充电器： 充电过程中的主体多了充电过程中的主体多了

7、一个充电管理芯片（一般一个充电管理芯片（一般被集成在手机的电源管理被集成在手机的电源管理芯片里）芯片里）电源适配器电池+GNDGND手机电源适配器电池+GNDGND 手 机（充电管理）一、一、USBUSB充电器充电器简介简介3 3、USBUSB充电器充电器基本框图基本框图 输入回路输入回路: :EMIEMI电磁干扰滤波器、整流滤波电路、电磁干扰滤波器、整流滤波电路、变压器输入、变压器输入、功率变换电路功率变换电路、启动电路、启动电路、PWMPWM控制器电路控制器电路、过欠压保护电路、过欠压保护电路组成。组成。 输出回路输出回路: :变压器输出、整流滤波电路、变压器输出、整流滤波电路、过流保护电

8、路、短路保护电路等。过流保护电路、短路保护电路等。 控制回路控制回路: :由低压电子元器件由低压电子元器件组成。组成。 输入回路与输出回路之间采用输入回路与输出回路之间采用变压器变压器隔离隔离，可实现高低电压转换，可实现高低电压转换，又可以确保人身安全。又可以确保人身安全。一、一、USBUSB充电器充电器简介简介2 2、USBUSB充电器参数充电器参数 输入电压范围输入电压范围: :100-240V100-240V，车充，车充12-2412-24 输入电压范围输入电压范围: :通常在通常在4.2V4.2V、5V5V，快充，快充9V/12V9V/12V 输入电流范围输入电流范围: :通常在通常在

9、4.2V4.2V、5V5V，快充，快充9V/12V9V/12V 使用环境场合使用环境场合: :2000-5000M2000-5000M划分，温度划分，温度0 0至至4 45 5度，湿度小于等于度，湿度小于等于90%90%。 安规认证安规认证: :CECE认证、中国认证、中国CCCCCC、美国、美国UL FCC UL FCC 欧盟欧盟 使用地区国家使用地区国家: :二、二、USBUSB充电器充电器电路电路1 1、USBUSB充电器参数充电器参数 输入电压输入电压: :100-240V100-240V二、二、USBUSB充电器充电器电路电路1 1、USBUSB充电器参数充电器参数二、二、USBUS

10、B充电器充电器电路电路 输入电路输入电路 1 1、整流滤波电路、整流滤波电路 2 2、USBUSB充电器充电器电路原理图电路原理图 单端正激式电路单端正激式电路 半波半波整流整流滤波滤波: D1,C1: D1,C1组成。电压组成。电压U=300VU=300V。2 2、启动电路、启动电路 R2: R2: 给给Q1Q1提供微导通电流。电压提供微导通电流。电压U=0.070VU=0.070V。3 3、PWMPWM控制器控制器 ( (振荡电路振荡电路) ) R3,C2 R3,C2 组成正反馈电路组成正反馈电路: : 给给Q1Q1提供饱和与截止电流。提供饱和与截止电流。4 4、功率变换、功率变换 T1

11、T1的的L1,Q1,R1 L1,Q1,R1 组成。组成。二、二、USBUSB充电器充电器电路电路 输出电路输出电路 1 1、整流滤波电路、整流滤波电路 L3,D8,C4 L3,D8,C4组成组成, ,给负载提供电压。给负载提供电压。2 2、USBUSB充电器充电器电路原理图电路原理图 单端正激式电路单端正激式电路2 2、指示电路、指示电路 R5, LED R5, LED。3 3、基准电压、基准电压 R6, DZ1 R6, DZ1 组成组成: : 基准电压与输出电压比较基准电压与输出电压比较, ,给给ICIC提供控制电压。提供控制电压。二、二、USBUSB充电器充电器电路电路 控制保护电路控制保

12、护电路 2 2、USBUSB充电器充电器电路原理图电路原理图 单端正激式电路单端正激式电路1 1、整流滤波电路、整流滤波电路 L2,D6,C3 L2,D6,C3组成组成, ,给返馈提供电压。给返馈提供电压。3 3、续流保护电路、续流保护电路 D5 D5或或RCRC。Q1Q1截止，在变压器截止，在变压器(1 2)(1 2)产生感应高电压，为避免截产生感应高电压，为避免截止期间感应出的尖峰脉冲高压击穿止期间感应出的尖峰脉冲高压击穿Q1Q1，在，在(1 2)(1 2)绕组并联尖峰脉绕组并联尖峰脉冲吸收，以保护和改善冲吸收，以保护和改善Q1Q1的开关特性。的开关特性。2 2、过流保护电路、过流保护电路

13、 R1,Q2,R4,IC1, R1,Q2,R4,IC1,组成。组成。二、二、USBUSB充电器充电器电路电路1 1、当接通电源后，、当接通电源后，220V220V交流通过交流通过D D2 2整流，整流，C1C1滤波，通过电阻滤波，通过电阻R R2 2给给Q1Q1提供基极启提供基极启动电流，使动电流，使Q1Q1开始微导通，其集电极电流开始微导通，其集电极电流IcIc线性增长，在线性增长，在L2L2中感应出使中感应出使Q1Q1基极基极为正、发射极为负的正反馈电压，通过为正、发射极为负的正反馈电压，通过C C2 2和和R3R3，送到，送到Q1Q1基极，使基极，使Q1Q1迅速饱和迅速饱和； 3 3、U

14、SBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电路 2 2、感应电动势给、感应电动势给C C2 2充电，随着充电，随着C C2 2电压升高，电压升高，Q1Q1基极电位逐渐下降，基极电位逐渐下降，IcIc开始减开始减小，小，L2L2感应出使感应出使Q1Q1基极为负，发射极为正的电压，使基极为负，发射极为正的电压，使Q1Q1迅速截止，完成一个迅速截止，完成一个振荡周期，在振荡周期，在Q1Q1截止期间，在截止期间，在L3L3绕组感应出一个绕组感应出一个5V5V左右的交流电压；左右的交流电压； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路3 3、C3C3逐渐放电，逐渐放电，Q1Q

15、1基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环；基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环； 3 3、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电路5 5、Z1Z1、IC1IC1、Q2Q2等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或电源电压升高等原因导致输出电压升高时，电源电压升高等原因导致输出电压升高时，Z1Z1击穿，击穿，IC1IC1发光二级管电流增大，发光二级管电流增大，IC1IC1中光敏三极管电流增大中光敏三极管电流增大 4 4、L3L3输出电压经输出电压经D6D6整流、整流、C4C4滤波

16、后通过滤波后通过USBUSB座给负载供电。座给负载供电。LED1LED1和和R5R5组成输组成输出指示电路；出指示电路； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路7 7、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，T1T1（3 3、4 4）、）、DZDZ1 1取样比较导致取样比较导致Q2Q2导通，导通，Q1Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；力变小，从而导致输出电压降低； 3 3、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电

17、路6 6、D D6 6为为L2L2绕组输出电压整流二极管，绕组输出电压整流二极管，C2C2为滤波电容；为滤波电容； 8 8、当输出电压降低后，、当输出电压降低后，Q2Q2取样后又会截止，取样后又会截止，Q1Q1的负载能力变强，输出电压又的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。；会升高；这样起到自动稳压作用。； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路9 9、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，Q1Q1的集电极电流增大，的集电极电流增大，Q1Q1的的发射极电阻发射极电阻R2R2上产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过上产生较

18、高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过R4R4让让Q2Q2饱和导通，从而让饱和导通，从而让Q1Q1截止，停止输出，防止过载损坏；截止，停止输出，防止过载损坏； 3 3、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电路1111、注意：注意：R2R2改小将增大改小将增大Q1Q1烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换Q1Q1为为1300313003或者或者1300713007中大功率三极管；中大功率三极管； 1010、因此，改变、因此，改变R2R2的大小，可改变负载能力。如果将输出电流减小，可将的大小，可改变负载能力。如

19、果将输出电流减小，可将R2R2改大。如果将输出电流改大，可将改大。如果将输出电流改大，可将R2R2改小；改小； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路二、二、USBUSB充电器充电器电路电路1 1、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，、当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，电压超过电压超过5.8v5.8v时，时，D DZ1Z1击穿，击穿，Q2Q2的基极电压升高，的基极电压升高，Q2Q2导通。导通。Q1Q1的基极电压立即释放，的基极电压立即释放，Q1Q1截止，输出电压越高，截止时间越长，限制了输出电压的升高，负载能力变截止，输出电压越高，截止时间越长，限制

20、了输出电压的升高，负载能力变小，从而导致输出电压降低；小，从而导致输出电压降低； 3 3、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电路( (输出控制输出控制) ) 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路2 2、LD2LD2是工作指示灯。它的工作原理是：当无外接负载时，电路处于空载状是工作指示灯。它的工作原理是：当无外接负载时，电路处于空载状态，态，R8R8上无电流流过，上无电流流过，Q3Q3的的e-be-b结电压基本相等，结电压基本相等，Q3Q3截止，截止，LD2(LD2(绿灯绿灯) )不亮，不亮，有外接负载时，负载电流在有外接负载时，负载电流在R8R8上产

21、生的压降，加载在上产生的压降，加载在Q3Q3的的e-be-b结上，使结上，使Q3Q3正偏正偏导通，导通，LD2LD2亮，表示正在充电。随着电池不断地充电，其充电电流逐渐减小，亮，表示正在充电。随着电池不断地充电，其充电电流逐渐减小，R8R8上的压降也随之减小，当上的压降也随之减小，当Q3Q3的的e-be-b结偏压结偏压V3e-bV3e-b小于小于0 07V7V时，时，Q3Q3截止，截止，LD2LD2熄灭，表示电已充满。熄灭，表示电已充满。 3 3、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端正激式电路单端正激式电路( (输出控制输出控制) ) 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路

22、1 1、USBUSB充电器参数充电器参数 输入电压输入电压: :100-240V100-240V 输入电压输入电压: :5V5V 输入电流范围输入电流范围: :200mA200mA 。二、二、USBUSB充电器充电器电路电路1 1、当接通电源后，、当接通电源后，220V220V交流通过交流通过D D2 2整流，整流，C1C1滤波，通过电阻滤波，通过电阻R R2 2给给Q1Q1提供基极启提供基极启动电流，使动电流，使Q1Q1开始微导通，其集电极电流开始微导通，其集电极电流IcIc线性增长，在线性增长，在L2L2中感应出使中感应出使Q1Q1基极基极为正、发射极为负的正反馈电压，通过为正、发射极为负

23、的正反馈电压，通过C C2 2和和R3R3，送到，送到Q1Q1基极，使基极，使Q1Q1迅速饱和迅速饱和； 4 4、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端反激式单端反激式2 2、同时，感应电动势给、同时，感应电动势给C3C3充电，随着充电，随着C3C3电压升高，电压升高，Q1Q1基极电位逐渐下降，基极电位逐渐下降，IcIc开始减小，开始减小，L2L2感应出使感应出使Q1Q1基极为负，发射极为正的电压，使基极为负，发射极为正的电压，使Q1Q1迅速截止，迅速截止，完成一个振荡周期，在完成一个振荡周期，在Q1Q1截止期间，在截止期间，在L3L3绕组感应出一个绕组感应出一个5V5V左右的

24、交流电压；左右的交流电压； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路3 3、C3C3逐渐放电，逐渐放电，Q1Q1基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环；基极电压逐渐升高，从而开始第二个周期，不断循环； 4 4、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端反激式单端反激式5 5、Z1Z1、IC1IC1、Q2Q2等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或等组成取样比较电路，检查输出电压的高低。当负载变轻或电源电压升高等原因导致输出电压升高时，电源电压升高等原因导致输出电压升高时，Z1Z1击穿，击穿，IC1IC1发光二级管电流增大，发光二级管电流增大，IC1IC1中光敏三

25、极管电流增大中光敏三极管电流增大 4 4、L3L3输出电压经输出电压经D6D6整流、整流、C4C4滤波后通过滤波后通过USBUSB座给负载供电。座给负载供电。LED1LED1和和R5R5组成输组成输出指示电路；出指示电路； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路7 7、L2L2反馈绕组中的感应电压经反馈绕组中的感应电压经IC1IC1中的光敏三极管到中的光敏三极管到Q2Q2基极，基极，Q2Q2基极电流增基极电流增大，集电极电流增大，大，集电极电流增大，Q1Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低。当输出电压降低后，从而导致

26、输出电压降低。当输出电压降低后，Q2Q2取样后又会截止，取样后又会截止，Q1Q1的负载的负载能力变强，输出电压升高，这样起到自动稳压作用；能力变强，输出电压升高，这样起到自动稳压作用； 4 4、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端反激式单端反激式6 6、D D6 6为为L2L2绕组输出电压整流二极管，绕组输出电压整流二极管，C2C2为滤波电容；为滤波电容； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路8 8、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，、过流过载保护功能：当负载过载或者短路时，Q1Q1的集电极电流增大，的集电极电流增大，Q1Q1的的发射极电阻发射极电阻R2R2上产生较

27、高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过上产生较高的压降，这个过载或者短路产生的高电压经过R4R4让让Q2Q2饱和导通，从而让饱和导通，从而让Q1Q1截止，停止输出，防止过载损坏；截止，停止输出，防止过载损坏； 4 4、USBUSB充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端反激式单端反激式1010、注意：注意：R2R2改小将增大改小将增大Q1Q1烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换烧坏的可能性。如果需要大电流输出，建议更换Q1Q1为为1300313003或者或者1300713007中大功率三极管；中大功率三极管； 9 9、因此，改变、因此，改变R2R2的大小，可改变负载能力。如果将输出

28、电流减小，可将的大小，可改变负载能力。如果将输出电流减小，可将R2R2改改大。如果将输出电流改大，可将大。如果将输出电流改大，可将R2R2改小；改小； 二、二、USBUSB充电器充电器电路电路三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、发光二极管发光二极管参数参数 超高亮超高亮: :1.7V1.9V, 设计电流通常选为15mA 高亮高亮: :1.6V1.8V，设计电流通常选为12mA 普亮普亮: :1.4V1.7V，设计电流通常选为8mA 限流电阻的计算限流电阻的计算: :限流电阻值限流电阻值 单色、双单色、双色、三色色、三色: :红红+ +蓝显紫色光，红蓝显紫色光，红+ +绿显橙色光绿显橙色光,

29、 ,红红+ +绿绿+ +蓝蓝显显白白色色光光LEDDRVLEDCCIVVVR驱动器件的低电平输出电压工作电流)(3751083.07.153R三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输入电路输入电路 抑制电磁干扰抑制电磁干扰(EMI)(EMI): :电磁干扰电磁干扰(EMI)(EMI)又叫噪声干扰，要抑制又叫噪声干扰，要抑制EMIEMI关键是噪声滤波器的设计。关键是噪声滤波器的设计。 采用噪声滤波器能有效地抑制电网中的噪声进入设备，也可以抑制设备产生的噪采用噪声滤波器能有效地抑制电网中的噪声进入设备，也可以抑制设备产生的噪声污染电网。声污染电网。 共模噪声产生于相线与大地之间。抑制外部的共模噪

30、声产生于相线与大地之间。抑制外部的EMIEMI信号传入，又可信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的以衰减线路自身工作时产生的EMIEMI信号，能有效地降低信号，能有效地降低EMIEMI干扰强度。干扰强度。 共模噪声共模噪声: : 一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，一方面要滤除信号线上共模电磁干扰， 另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响其他电子设备的正常工作。另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响其他电子设备的正常工作。当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相

31、互抵消，当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生场而相互抵消，当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流。达到滤波的目的。减共模电流。达到滤波的目的。差模噪声产生于相线之间。差模噪声产生于相线之间。 差模噪声差模噪声: :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输入电路输入电路 抑制电磁脉冲抑制电磁脉冲(EMP)(EMP): : 抑制抑制EMPEMP主要是对浪涌保护。浪涌保护主要是防雷保护，就是在极短

32、的时主要是对浪涌保护。浪涌保护主要是防雷保护，就是在极短的时间内将设备上因感应雷击而产生的大量脉冲能量释放到安全地线上，从而间内将设备上因感应雷击而产生的大量脉冲能量释放到安全地线上，从而保护整个设备。保护整个设备。 压敏电阻、稳压二极管和气体放电管三种保护方法。压敏电阻、稳压二极管和气体放电管三种保护方法。第一，能抗大能量的瞬态冲击；第一，能抗大能量的瞬态冲击；第二，它的第二，它的PNPN结结构不同于稳压管，因此它的功耗小；结结构不同于稳压管，因此它的功耗小；第三，耐浪涌性好。第三，耐浪涌性好。 压敏电阻保护的优点压敏电阻保护的优点: : 浪涌电流是由滤波电容充电引起的。如果不采取保护措施，

33、浪涌电流值几百安培。浪涌电流是由滤波电容充电引起的。如果不采取保护措施，浪涌电流值几百安培。 为避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型为避免电子电路中在开机的瞬间产生的浪涌电流，在电源电路中串接一个功率型RTRT热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以热敏电阻器，能有效地抑制开机时的浪涌电流，并且在完成抑制浪涌电流作用以后，由于通过其电流的持续作用，功率型后，由于通过其电流的持续作用，功率型RTRT热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的热敏电阻器的电阻值将下降到非常小的程度，它消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响。程度，它

34、消耗的功率可以忽略不计，不会对正常的工作电流造成影响。 保护方法保护方法: : 浪涌保护浪涌保护: :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输入电路输入电路 当输入电压当输入电压85-265V85-265V，且用，且用50Hz50Hz或或60HZ60HZ的市电都有较好的输出电压稳定度的市电都有较好的输出电压稳定度。在交流接线端接入由共模扼流圈。在交流接线端接入由共模扼流圈T1T1、C1C1、C2C2和和R1R1构成的电磁干扰滤波器构成的电磁干扰滤波器。C1C1和和C2C2用安规电容即电容专门滤除差模干扰。因用安规电容即电容专门滤除差模干扰。因C1C1的容量较大的容量较大(0(01F)1F)，

35、在其上并联，在其上并联R1R1，在断电后，在断电后C1C1经经R1R1进行放电，可避免电源进线端零、进行放电，可避免电源进线端零、火带电。火带电。 在开断的瞬间，高频变压器的漏感会产生尖峰电压，所以用在开断的瞬间，高频变压器的漏感会产生尖峰电压，所以用R5,C4R5,C4，D5D5组成漏极箝组成漏极箝位电路用于吸收此尖峰电压，使位电路用于吸收此尖峰电压，使Q1Q1不受损害。不受损害。三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输出电路输出电路 整流滤波电路整流滤波电路: : 。 。 : : 。 。 : : : :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输出电路输出电路 整流滤波电路整流滤波电路:

36、: 。 。 : : 。 。 : : : :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、输出电路输出电路 短路保护电路短路保护电路: : 。 。 : : 。 。 : : : :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、控制电路控制电路 : : 。 。 : : 。 。 : : : :三、开关电源三、开关电源电路电路1 1、车载车载充电器控制充电器控制电路原理电路原理 单端反激式电路单端反激式电路四、四、开关电源典型开关电源典型电路电路四、四、开关电源典型开关电源典型电路电路四、四、开关电源典型开关电源典型电路电路恒流、恒压的控制恒流、恒压的控制电源电源线性线性四、四、开关电源典型开关电源典型电路电路五、

37、五、LEDLED驱动驱动电路电路1 1、主要元器件介绍主要元器件介绍VIPer12AVIPer12A芯片是一个单封装的芯片，在同一片芯片上整合了一个专用芯片是一个单封装的芯片，在同一片芯片上整合了一个专用电流式电流式PWMPWM控制器和一个高压功率场效应管。控制器和一个高压功率场效应管。 VIPer12AVIPer12A芯片芯片: :第第1 1、2 2脚为场效应管的源极脚为场效应管的源极第第3 3脚脚FRFR为反馈信号控制端为反馈信号控制端第第4 4脚脚UDDUDD为芯片的供电电源端为芯片的供电电源端第第5858脚为场效应管的漏极脚为场效应管的漏极。五、五、LEDLED驱动驱动电路电路 控制器

38、的工作频率为控制器的工作频率为60KHZ60KHZ，通过反馈端，通过反馈端FRFR的控制，来进行脉宽调的控制，来进行脉宽调制，从而达到稳压的目的。制，从而达到稳压的目的。 VIPer12AVIPer12A芯片芯片: :VIPer12AVIPer12A芯片具有下述良好的性能：过热保护自动关断模式；防止输出端芯片具有下述良好的性能：过热保护自动关断模式；防止输出端短路导致击穿故障的打嗝（短路导致击穿故障的打嗝（HICCUPHICCUP）保护模式；保证低负载条件下的低功）保护模式；保证低负载条件下的低功耗工作模式；高压启动电流源以及待机的低功耗（小于耗工作模式；高压启动电流源以及待机的低功耗（小于1

39、W1W）模式等。）模式等。1 1、主要元器件介绍主要元器件介绍五、五、LEDLED驱动驱动电路电路内部频率补偿内部频率补偿: : 直流电压增益高直流电压增益高( (约约100dB)100dB)单位增益频带宽单位增益频带宽( (约约1MHz) 1MHz) 电源电压范围宽：单电源电源电压范围宽：单电源(330V)(330V)；双电源双电源( (1.51.5 一一15V)15V) LM358LM358芯片芯片: :1 1、OUT1OUT1：输出：输出113 3、IN1IN1（+ +）：正相输入）：正相输入112 2、IN1IN1（- -）：反相输入）：反相输入114 4、GNDGND：地：地5 5、

40、IN2IN2（+ +）：正相输入）：正相输入226 6、IN2IN2（- -）：反相输入）：反相输入227 7、OUT2OUT2：输出：输出228 8、VccVcc：电源：电源低输入偏流低输入偏流: : 低输入失调电压和失调电流低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电压范围差模输入电压范围宽，等于电压范围输出电压摆幅大输出电压摆幅大(0(0 至至Vcc-1.5V)Vcc-1.5V)1 1、主要元器件介绍主要元器件介绍五、五、LEDLED驱动驱动电路电路其性能是输出压连续可调达其性能是输出压连续可调达36V36V，工作电流范围

41、宽达，工作电流范围宽达0 01 1。100mA100mA，动态，动态电阻典型值为电阻典型值为0 02222欧欧, ,输出杂波低。输出杂波低。 TL431TL431芯片芯片: :1 1、参考端（、参考端（REFREF）3 3、阴极（、阴极（CATHODECATHODE）2 2、阳极（、阳极（ANODEANODE）、脚两端输出电压脚两端输出电压V=2V=25(R25(R2十十R3)VR3)VR3R3。如果改变。如果改变R2R2的阻值大小，的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。就可以改变输出基准电压大小。1 1、主要元器件介绍主要元器件介绍五、五、LEDLED驱动驱动电路电路2 2、LEDLED控

42、制电路控制电路五、五、LEDLED驱动驱动电路电路 交流经整流滤波后接到高频变压器交流经整流滤波后接到高频变压器T1T1的初级，加在的初级，加在VIPER12AVIPER12A的漏极端的漏极端, ,高频变压器次级的两个绕组分别为辅助绕组高频变压器次级的两个绕组分别为辅助绕组NFNF和输出绕组和输出绕组NSNS。NFNF输出的输出的电压经电压经D6D6、C6C6整流滤波后的稳压电源接整流滤波后的稳压电源接VIPER12AVIPER12A的电源端，提供其工作的电源端，提供其工作电压。电压。NSNS输出电压经过输出电压经过D7D7整流和整流和C10C10滤波变成直流电源，再通过滤波变成直流电源，再通

43、过L1L1和和C11C11滤掉高频纹波电压。滤掉高频纹波电压。C9C9、C12C12起到高频旁路作用。输出电压经起到高频旁路作用。输出电压经R6R6、R7R7分压分压后获得的取样电压，与后获得的取样电压，与KA431KA431内部内部2 250V50V基准电压源进行比较后，输出误基准电压源进行比较后，输出误差电压信号，再经差电压信号，再经PIC817PIC817光耦合器流入光耦合器流入VIPER12AVIPER12A的反馈端，直接控制输的反馈端，直接控制输出占空比，获得稳定电压输出。改变电阻出占空比，获得稳定电压输出。改变电阻R6R6和和R7R7的分压比，可调节输出的分压比，可调节输出电压的标

44、称值。电压的标称值。R4R4、C8C8构成吸收回路，防止产生自激振荡。构成吸收回路，防止产生自激振荡。R3R3是是LEDLED的限的限流电阻。图中流电阻。图中C7C7的作用是滤除反馈端的尖峰电压，决定了自动重启动的的作用是滤除反馈端的尖峰电压，决定了自动重启动的频率，对反馈回路进行补偿。频率，对反馈回路进行补偿。3 3、输入电路输入电路五、五、LEDLED驱动驱动电路电路1 1、输出电路输出电路 整流滤波电路整流滤波电路: : 输出电路采用反激式变换器。在开关管导通期间，电流在初级电路里以输出电路采用反激式变换器。在开关管导通期间，电流在初级电路里以线性方式上升，在电感器内储存能量，二极管线性

45、方式上升，在电感器内储存能量，二极管D7D7阻止电流通过次级绕组流阻止电流通过次级绕组流动，开关管截止期间，电感器内储存的能量通过次级和动，开关管截止期间，电感器内储存的能量通过次级和D7D7释放给负载。释放给负载。L2L2、C16C16和和C17C17组成输出滤波网络。组成输出滤波网络。R16R16为为L2L2中储存的电能提供一个回路。中储存的电能提供一个回路。 。 : : 。 : : : :五、五、LEDLED驱动驱动电路电路1 1、输出电路输出电路 整流滤波电路整流滤波电路: : 。 。 : : 。 。 : : : :五、五、LEDLED驱动驱动电路电路1 1、输出电路输出电路 短路保护

46、电路短路保护电路: : 。 。 : : 。 。 : : : :五、五、LEDLED驱动驱动电路电路1 1、控制电路控制电路 : : 保护电路的设计如图保护电路的设计如图3.63.6所示。电路通过采集电压信号和电流信号来分析所示。电路通过采集电压信号和电流信号来分析是否有过压和过流。正常工作时，发光二极管处于截止状态，若出现过压是否有过压和过流。正常工作时，发光二极管处于截止状态，若出现过压和过流时，发光二极管导通，光耦工作，从而达到保护电路的作用。和过流时，发光二极管导通，光耦工作，从而达到保护电路的作用。 。 : : 。 。 : : : :五、五、LEDLED驱动驱动电路电路三、三、USBU

47、SB充电器充电器电路电路新课讲授新课讲授开开关关电电源源类类型型 机械制动 激激励励方方式式分分 连连接接方方式式分分 并联型开关稳压电源并联型开关稳压电源 串联型开关稳压电源串联型开关稳压电源 应用应用：主要用在早期的电视机中，这种开关电源通过开关调整管及整主要用在早期的电视机中，这种开关电源通过开关调整管及整流二极管与电网相连，整个机板与电网相通，使机板带电，不便于与流二极管与电网相连，整个机板与电网相通，使机板带电，不便于与外部其他电器设备相连接，因此在现代电子设备中已很少使用。外部其他电器设备相连接，因此在现代电子设备中已很少使用。 自自激式激式 他激式他激式 他激式他激式 储能电感器

48、与负载串联方式连接储能电感器与负载串联方式连接由开关管和开关变压器由开关管和开关变压器( (脉冲变压器脉冲变压器) )构成的正反馈环路来构成的正反馈环路来完成白激振荡完成白激振荡 另加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲信号加在开关管上，另加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲信号加在开关管上，用来控制开关管的导通与截止用来控制开关管的导通与截止 下页下页应用：应用：电源输出端与电网通过开关变压器隔离，电路板上除开关变压电源输出端与电网通过开关变压器隔离，电路板上除开关变压器初级与电网相连通外，其余部分与电网都不直接相连，机板不带电器初级与电网相连通外，其余部分与电网都不直接相连，机板不带电，安全性好

49、，也容易与外部设备相连接。因此，并联型开关电源在现，安全性好，也容易与外部设备相连接。因此，并联型开关电源在现代电器，尤其在互联网及办公设备中得到了广泛应用。代电器，尤其在互联网及办公设备中得到了广泛应用。储能电感器与负载并联方式连接储能电感器与负载并联方式连接一一、开关电源开关电源简介简介 就电路功能来讲，不管是哪种开关电源，开关电源都包括；就电路功能来讲，不管是哪种开关电源，开关电源都包括；主要电路主要电路辅助电路辅助电路输入电磁干扰滤波器（输入电磁干扰滤波器（EMIEMI）、整流滤波电路、功率变换）、整流滤波电路、功率变换电路、电路、PWMPWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。控制器电

50、路、输出整流滤波电路组成。输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。流保护电路、输出短路保护电路等。一、并联型开关电源电路结构形式一、并联型开关电源电路结构形式1) 单管开关电源单管开关电源 双管半桥式开关电源采用专用脉冲产生电路，两个开关管做模拟开双管半桥式开关电源采用专用脉冲产生电路，两个开关管做模拟开关交替工作，工作稳定，功率变换效率高，输出电压调控易行，容易关交替工作，工作稳定，功率变换效率高，输出电压调控易行，容易增设保护电路。这种电源适于功耗较大的电器设备中。增设保护电路。这种电源适于功耗较大的电器设

51、备中。另一种是双管半桥式脉冲可调式开关电源。另一种是双管半桥式脉冲可调式开关电源。电路组成电路组成：交流输入及抗干扰电路、整流滤波电路、启动电路、开关振：交流输入及抗干扰电路、整流滤波电路、启动电路、开关振荡管、开关变压器荡管、开关变压器T T、正反馈电路、稳压控制电路、脉冲整流输出电路、正反馈电路、稳压控制电路、脉冲整流输出电路、过压过流保护电路等组成。过压过流保护电路等组成。优点：优点：单管自身组成振荡电路，直接进行功率变换电压调整简单。单管自身组成振荡电路，直接进行功率变换电压调整简单。缺点：缺点：不宜用于对双极性输出电压调整，输出功率相对较小不宜用于对双极性输出电压调整，输出功率相对较

52、小运用：运用： 电视接收机、显示器、传真机、打印机及各种充电器当中。电视接收机、显示器、传真机、打印机及各种充电器当中。2) 双管开关电源双管开关电源2、单管并联式开关电源电路结构框单管并联式开关电源电路结构框图图3 3、单管并联式开关电源工作原理、单管并联式开关电源工作原理 220V220V交流市电经开关交流市电经开关、保险管，再经滤波器滤、保险管，再经滤波器滤除其中的高频杂波，由桥除其中的高频杂波，由桥式整流及电容滤波后得到式整流及电容滤波后得到约约310V310V直流电压。直流电压。310V310V电电压一路通过启动电路回到压一路通过启动电路回到开关管控制极或到开关管控制极或到PWMPW

53、M脉脉) )中产生电路，产生驱动脉中产生电路，产生驱动脉冲冲控制开关管开始导通，控制开关管开始导通，另一路经过开关变压器初另一路经过开关变压器初级加到开关管上。级加到开关管上。2、单管并联式开关电源电路结构框单管并联式开关电源电路结构框图图3 3、单管并联式开关电源工作原理、单管并联式开关电源工作原理 在在PWMPWM脉脉冲冲的驱动下，开关的驱动下，开关管工作于开关状态。在开关管工作于开关状态。在开关变压器变压器T T的初级绕组的初级绕组(L1)(L1)中流中流过脉过脉冲冲电流，在其输出绕组电流，在其输出绕组(L3)(L3)中也产生感应电压。反中也产生感应电压。反馈绕组馈绕组(12)(12)产

54、生的感应电压产生的感应电压在分立元件构成的开关电源在分立元件构成的开关电源中用于反馈，维持开关管工中用于反馈，维持开关管工作于开关状态作于开关状态，在集成电路在集成电路组成的开关电源中用于为集组成的开关电源中用于为集成电路提供辅助电源。成电路提供辅助电源。2、单管并联式开关电源电路结构框单管并联式开关电源电路结构框图图3 3、单管并联式开关电源工作原理、单管并联式开关电源工作原理 输出绕组输出绕组(L3)(L3)中产生的感应中产生的感应电压经脉电压经脉冲冲整流得到输出电压整流得到输出电压，为负载提供电源。不同的电，为负载提供电源。不同的电源输出绕组的多少不同源输出绕组的多少不同( (一般有一般

55、有2-42-4组组) )，输出的电压也不同。，输出的电压也不同。稳压控制电路从输出电压中取出稳压控制电路从输出电压中取出样品电压，与基准电压相比较，产样品电压，与基准电压相比较，产生误差电压。误差电压通过改变生误差电压。误差电压通过改变PWMPWM脉脉) )中的频率和宽度改变开关管中的频率和宽度改变开关管导通的时间长短和频率，调整输出导通的时间长短和频率，调整输出电压的高低，实现稳压控制。电压的高低，实现稳压控制。 4 4、双管半桥式开关电源的结构框图、双管半桥式开关电源的结构框图 5 5、双管半桥式开关电源工作原理、双管半桥式开关电源工作原理 市电经抗干扰、整流后由串联市电经抗干扰、整流后由

56、串联的的ClCl与与C2C2滤波后得到滤波后得到+310V+310V直流电直流电压，在压，在C1C1与与C2C2上各形成对称的约上各形成对称的约+155V+155V的电压。辅助电源电路得到的电压。辅助电源电路得到+310V+310V电压后，开始工作产生辅助电压后，开始工作产生辅助电压，并加到电压，并加到PWMPWM脉冲产生电路脉冲产生电路在开机电路控制下，在开机电路控制下，PWMPWM电路产生电路产生相位相反的两个脉冲，经驱动电相位相反的两个脉冲，经驱动电路通过脉冲驱动变压器路通过脉冲驱动变压器3 3，在，在L1L1与与L2L2中分别产生相位相反的两个中分别产生相位相反的两个驱动脉冲，分别驱动

57、开关管驱动脉冲，分别驱动开关管1 1和开和开关管关管2 2轮流工作于开关状态。轮流工作于开关状态。4 4、双管半桥式开关电源的结构框图、双管半桥式开关电源的结构框图 5 5、双管半桥式开关电源工作原理、双管半桥式开关电源工作原理 开关管开关管1 1导通时，开关管导通时，开关管2 2截止，截止，C1C1上的上的+155V+155V电压通过电压通过开关管开关管1 1、T4T4初级绕组、初级绕组、C3C3回回到到C1C1负极构成回路，在负极构成回路，在4 4初初级产生由上而下的电流。级产生由上而下的电流。开关管开关管2 2导通时，开关管导通时，开关管l l截止。截止。C2C2上的上的+155V+15

58、5V电压通电压通过过C3C3、T4T4初级绕组、开关管初级绕组、开关管2 2、经地回到、经地回到C2C2负极构成回负极构成回路，在路，在T4T4初级产生由下而上初级产生由下而上的电流。的电流。4 4、双管半桥式开关电源的结构框图、双管半桥式开关电源的结构框图 5 5、双管半桥式开关电源工作原理、双管半桥式开关电源工作原理 T4T4为功率变换变压器，是开为功率变换变压器，是开关电源中体积最大的元件。关电源中体积最大的元件。T4T4初初级中流过的相反方向的电流，由级中流过的相反方向的电流，由次级各绕组经整流得到不同的输次级各绕组经整流得到不同的输出电压，为负载提供电源。出电压，为负载提供电源。稳压

59、控制电路从输出电压中稳压控制电路从输出电压中取出样品电压，与基准电压相比取出样品电压，与基准电压相比较，产生误差电压，经稳压控制较，产生误差电压，经稳压控制电路送到电路送到PWMPWM脉冲产生电路，调脉冲产生电路，调整输出脉冲的宽度或频率；再经整输出脉冲的宽度或频率；再经驱动电路调整两只开关管酌导通驱动电路调整两只开关管酌导通时间或频率，使流过时间或频率，使流过T4T4初级的电初级的电流改变，从而调整输出电压。流改变，从而调整输出电压。二、二、 输入电路的原理输入电路的原理 ( (一一) ) AC 输入整流滤波电路原理：输入整流滤波电路原理： 当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由当有雷击，产

60、生高压经电网导入电源时，由MOV1MOV1、MOV2MOV2、MOV3MOV3：F1F1、F2F2、F3F3、FDG1 FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，电压达作电压时，电压达470VDC/332VAC470VDC/332VAC时阻抗会大幅降低，使高压能量消耗在时阻抗会大幅降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，压敏电阻上，若电流过大，F1F1、F2F2、F3 F3 会烧毁保护后级电路。会烧毁保护后级电路。1、 防雷电路防雷电路( (ZNR1ZNR1突波吸收器突波吸收器) )： 电路由电路由C1C1