开关电源的电路组成详解

开关电源的核心电路包含多个关键组件。首先，输入电磁干扰滤波器（EMI）负责消除或减少来自外部的电磁干扰，确保电源的稳定性。接着，整流滤波电路将交流电转换为直流电，为后续电路提供稳定的电源。功率变换电路是开关电源的心脏，它通过高频开关动作将直流电转换为所需电压的直流电。PWM控制器电路则负责监控并控制功率变换电路的工作状态，确保输出电压的准确性。最后，输出整流滤波电路对功率变换电路的输出进行进一步的处理，以获得平滑且稳定的直流输出。

此外，开关电源还配备了多种辅助电路，包括输入过欠压保护、输出过欠压保护、输出过流保护以及输出短路保护等，这些保护电路能够在电源出现异常情况时迅速作出反应，保障系统的安全运行。

通过上述的详细解析，我们可以更清晰地看到开关电源的电路组成及其各部分的功能与作用。

输入电路的原理及常见类型

在开关电源中，输入电路扮演着至关重要的角色。它负责接收外部电源，并经过一系列的处理，为后续电路提供稳定的输入。其工作原理主要涉及电磁干扰滤波、整流滤波以及功率因数校正等关键环节。而常见的输入电路类型则包括单相全桥整流电路、三相整流电路等，以满足不同应用场景的需求。

AC输入整流滤波电路原理

在开关电源中，AC输入整流滤波电路是不可或缺的一环。其核心作用是将交流电（AC）转换为直流电（DC），并经过滤波环节，提供稳定可靠的直流电源。整流过程涉及将交流电转换为单向脉动的直流电，而滤波环节则进一步消除脉动成分，确保输出的直流电平稳无波动。这一电路的原理对于理解开关电源的工作机制至关重要。

AC输入整流滤波电路原理详解

①防雷电路：在遭受雷击或电网高压冲击时，由MOV、MOV2、MOV3，以及F、F2、F3和FDG等元件组成的防雷电路会发挥保护作用。当压敏电阻两端的电压超过其设定值时，其阻值会降低，从而将高压能量引入压敏电阻进行消耗。若电流过大，F、F2、F3等熔断器会熔断，以保护后级电路免受损害。

②输入滤波电路：双π型滤波网络，由C、L、C2、C3构成，主要功能是抑制输入电源中的电磁噪声和杂波信号。它不仅防止了电源对电网的干扰，还阻断了电网对电源的高频杂波干扰。在电源启动瞬间，C5需要充电，此时瞬间电流较大。为了防止浪涌电流的冲击，引入了RT热敏电阻。由于RT在高温下阻值降低，因此能够有效地将瞬时能量消耗掉，确保后级电路在一段时间后能正常工作。

③整流滤波电路：交流电压经过BRG整流后，再经过C5滤波，即可得到较为纯净的直流电压。值得注意的是，C5的容量对输出直流电压的纯净度有直接影响；若C5容量减小，输出的交流纹波将会增大。

DC输入滤波电路原理详解

①双π型滤波网络：由C、L、C2精心构成的滤波网络，专为抑制输入电源中的电磁噪声和杂波信号而设计。它不仅有效防止了电源对电网的干扰，还成功阻断了电网对电源的高频杂波干扰。

②抗浪涌电路：包含R、R2、R3、Z、C6、Q、Z2、R4、R5、Q2、RT、C7等元件的抗浪涌电路，旨在保护后级电路免受浪涌电流的冲击。在电源启动瞬间，由于C6的存在，Q2初始时不导通，电流通过RT形成回路。随着C6上的电压逐渐升至Z的稳压值，Q2开始导通。若出现C8漏电或后级电路短路等异常情况，启动瞬间RT上的压降将增大，导致Q导通，进而使Q2失去栅极电压而不导通。此时，RT会在极短时间内烧毁，从而确保后级电路的安全。

接下来，我们将探讨功率变换电路的原理与构成。MOS管的工作原理MOS管，即MOSFET，是当前应用最为广泛的绝缘栅场效应管。其工作原理基于半导体表面的电声效应，因此也被称为表面场效应器件。特别值得一提的是，由于其栅极设计为不导电状态，这使得输入电阻得以显著提升，最高可达05欧姆。通过调节栅源电压的大小，MOS管能够精确控制半导体表面感生电荷的数量，进而实现对漏极电流的细致调控。常见的原理图

在理解和应用MOS管的工作原理时，我们常常会接触到各种原理图。这些原理图以直观的方式展示了MOS管内部的电路连接和电信号流动，帮助我们深入理解其工作机制。通过观察这些原理图，我们可以更好地把握MOS管在实际电路中的应用和性能特点。

2.工作原理

在电路中，R4、C3、R5、R6、C4、D和D2共同构成一个缓冲器，它与开关MOS管并联，旨在减小开关管的电压应力，降低电磁干扰（EMI），并防止二次击穿现象。当开关管Q处于关断状态时，变压器的原边线圈容易产生尖峰电压和电流，而这一组合元件能够有效地吸收这些尖峰。此外，从R3测得的电流峰值信号会参与当前工作周期的占空比控制，从而实现对电流的限制。

一旦R5上的电压达到V，UC将停止工作，导致开关管Q立即关断。另一方面，R与Q中的结电容CGS、CGD共同构成一个RC网络，其中电容的充放电对开关速度产生直接影响。若R阻值过小，可能引发振荡并增加电磁干扰；而阻值过大则可能降低开关速度。同时，Z用于将MOS管的GS电压限制在8V以下，以确保其安全。

Q的栅极受控电压呈现锯形波特性。锯形波的占空比越大，Q的导通时间就越长，进而导致变压器储存的能量增多。而在Q截止时，变压器则通过D、D2、R5、R4和C3释放能量，同时实现磁场复位，为下一次能量存储和传递做好准备。集成电路（IC）则根据输出电压和电流的情况，实时调整⑥脚锯形波占空比的大小，从而确保整机输出电流和电压的稳定性。其中，C4和R6组成尖峰电压吸收回路，用于进一步保护电路。4.推挽式功率变换电路在推挽式功率变换电路中，Q和Q2两个开关管将交替导通，共同完成功率的转换与传输。这种电路结构能够有效提高效率，并确保系统的稳定运行。5.包含驱动变压器的功率变换电路在包含驱动变压器的功率变换电路中，T2作为驱动变压器，T则作为开关变压器，而TR则构成电流环。这样的电路设计为输出整流滤波电路提供了稳定的驱动信号。

.正激式整流电路

在正激式整流电路中，T作为开关变压器，其初极与次极的相位保持一致。整流二极管D与续流二极管D2共同构成整流电路，而R、C、R2、C2则负责削减电压尖峰。续流电感L确保电流的平稳流动，而C4、L2、C5则组成π型滤波器，进一步优化电路性能。

2.反激式整流电路

在反激式整流电路中，T同样作为开关变压器，但其初极与次极的相位是相反的。整流二极管D负责整流功能，而R、C则构成削减电压尖峰的电路。续流电感L确保电流的稳定流动，同时，R2作为假负载起保护作用。最后，C4、L2、C5共同组成一个π型滤波器，进一步优化电路的整体性能。

3.同步整流电路工作原理

在同步整流电路中，当变压器次级上端为正时，电流会依次经过C2、R5、R6、R7，使Q2整流管导通，从而构成回路。此时，Q栅极由于反偏而处于截止状态。相反，当变压器次级下端为正时，电流则通过C3、R4、R2，使Q续流管导通，而Q2栅极同样因反偏而截止。L2作为续流电感，确保电流的稳定流动。此外，C6、L、C7共同构成一个π型滤波器，用于优化电路的整体性能。同时，R、C、R9、C4构成削减电压尖峰的电路，保护电路免受过电压的损害。

0.稳压环路原理

在稳压环路中，通过一系列电子元件的精密配合，能够实现对输出电压的稳定控制。具体的工作原理和实现方式将根据不同的电路设计和应用需求而有所不同，但总体而言，都是通过检测、比较和调节等环节来达到稳压的目的。

.反馈电路原理图

在同步整流电路中，反馈环节起着至关重要的作用。通过反馈电路，系统能够实时监测输出电压的变化，并与设定值进行比较。基于比较结果，系统会相应地调整整流管的导通状态，从而实现对输出电压的精确控制。这种反馈机制确保了电路的稳定性和准确性。

2.工作原理

在同步整流电路中，当输出电压U0升高时，经过取样电阻R7、R8、R0、VR的分压作用，U的③脚电压也会相应升高。一旦这个电压超过U的②脚基准电压，U的①脚便会输出高电平，导致Q导通。这时，光耦OT的发光二极管开始发光，进而使光电三极管导通。这一系列动作会使UC的①脚电位降低，从而改变U的⑥脚输出占空比，使U0降低。

相反，当输出电压U0降低时，U的③脚电压也会随之降低。一旦这个电压低于U的②脚基准电压，U的①脚便会输出低电平，使得Q不导通。随之，光耦OT的发光二极管不发光，光电三极管也不导通。这会导致UC的①脚电位升高，进而改变U的⑥脚输出占空比，使U0升高。这一系列过程会不断重复，从而确保输出电压的稳定。

此外，VR可以用来调节输出电压的值。而反馈环路作为开关电源稳定性的关键电路，任何反馈电阻电容的错误、漏接或虚焊都可能导致自激振荡，进而引发波形异常、空载或满载振荡以及输出电压不稳定等问题。

06.短路保护电路

在输出端发生短路时，PWM控制电路能够通过多种方法将输出电流限制在安全范围内。一种常见的方法是使用限流电路，它可以在短路时发挥保护作用。然而，有时仅靠功率限流可能不足以应对短路情况，因此需要另外增设一部分电路来提供额外的保护。此外，短路保护电路通常有两种类型，其中一种适用于小功率场合。其工作原理是：当发生短路时，相关组件会启动保护机制，从而确保电路的安全运行。当输出电路发生短路时，输出电压会消失，导致光耦OT无法导通。这时，UC的①脚电压会上升至约5V，使得R与R2的分压超过TL43的基准电压，从而触发TL43的导通。一旦TL43导通，UC的⑦脚VCC电位会被拉低，导致IC停止工作。然而，当短路现象消失后，电路能够自动恢复至正常工作状态。

此外，还有中功率短路保护电路、常见的限流与短路保护电路以及使用电流互感器取样的保护电路等多种保护方案。这些电路在工作原理上各有差异，但都旨在确保输出电路在短路或过流情况下能够得到及时有效的保护。上图展示了一种常见的输出端限流保护电路，其工作原理如下：在输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端的电压会上升。这将导致U的③脚电压高于②脚的基准电压，进而使得U的①脚输出高电压。随后，Q会导通，进而触发光耦的光电效应。这一效应会使得UC的①脚电压降低，从而降低输出电压，实现对输出过载的限流保护。

接下来，我们将探讨输出过压保护电路的原理。

这种电路的主要作用是：在输出电压超过设计的安全值时，通过一系列的保护措施将其限制在安全范围内。当开关电源内部的稳压环路出现故障，或者由于用户的不当操作导致输出过压时，过压保护电路会迅速启动，以防止后级用电设备受到损坏。接下来，我们将介绍几种应用广泛的过压保护电路。

可控硅触发保护电路当输出电压过高时，可控硅触发保护电路会启动。其工作原理是：通过监测输出电压的变化，当电压超过设定阈值时，电路会触发可控硅的导通，从而迅速降低输出电压。这一保护措施有效防止了后级用电设备因过压而受损。当输出电压Uo升高到一定程度，稳压管Z3会因击穿而导通，此时，可控硅SCR的控制端会获得一个触发电压，导致可控硅导通。随后，Uo2电压对地形成短路，从而触发过流保护电路或短路保护电路的工作，进而停止整个电源电路的运作。一旦输出过压的情况得到解除，可控硅SCR的控制端触发电压会通过电阻R对地泄放，使得可控硅恢复断开状态。光电耦合保护电路光电耦合保护电路是一种利用光电耦合器进行电压和电流保护的技术。当输出电压或电流超过设定阈值时，光电耦合器会触发保护动作，通过切断电路或触发报警等方式，确保电源系统和负载的安全。这种保护电路具有响应速度快、精度高、抗干扰能力强等特点，广泛应用于各种电源设备和电子系统中。当输出电压Uo出现过高的情况时，稳压管会击穿并导通，进而产生电流经过光耦（OT2）和R6流向地线。这个电流会使得光电耦合器的发光二极管开始发光，从而激发光敏三极管导通。由于Q基极得到电流而导通，这使得的③脚电压降低，进而导致IC关闭，整个电源系统因此停止工作，输出电压Uo归零。这一系列动作会不断重复，以实现对电源系统的持续保护。输出限压保护电路输出限压保护电路的工作原理如下所述。当输出电压升高时，稳压管会启动并导通，进而触发光耦的导通。这将导致Q基极获得驱动电压并导通，使得UC的③脚电压上升，从而降低输出电压。一旦输出电压降低到稳压管的阈值以下，稳压管将不再导通，UC的③脚电压随之下降，进而导致输出电压上升。这一系列循环动作将持续进行，直至输出电压稳定在设定的范围内，该范围取决于稳压管的稳压值。输出过压锁死电路图A所示的输出过压锁死电路的工作原理如下：当输出电压Uo升高时，稳压管会启动并导通，随后光耦也导通。这使得Q2基极获得驱动电压并导通，由于Q2的导通，Q基极电压降低，进而Q也导通。Vcc电压经过R、Q、R2的路径，使Q2保持持续导通状态。因此，UC的③脚始终保持高电平，从而停止工作。

在图B中，当UO升高时，U的③脚电压也会升高，进而导致①脚输出高电平。由于D和R的作用，U的①脚始终保持高电平，使得Q始终导通。这使得UC的①脚始终保持低电平，从而停止工作。

功率因数校正电路（PFC）。.原理示意图

接下来，我们将通过原理示意图来深入探讨功率因数校正电路（PFC）的工作原理。

2.工作原理

输入电压首先经过由L、L2、L3等组成的EMI滤波器进行初步处理。随后，一路经过BRG整流后送至PFC电感，另一路则通过R、R2分压，取样后送入PFC控制器，用于调整控制信号的占空比，进而控制Q的导通和关断时间，从而稳定PFC的输出电压。L4作为PFC电感，在Q导通时储存电能，在Q关断时释放电能。D为启动二极管，D2为PFC整流二极管，同时配合C6、C7进行滤波。PFC输出的电压，一路直接送往后级电路，另一路则经过R3、R4分压后再次取样，送入PFC控制器，进行闭环控制，进一步稳定输出电压。

此外，该电路还具备输入过欠压保护功能，确保在异常情况下能够及时响应并采取保护措施。

.原理图

接下来，我们将深入探讨该电路的工作原理，并通过原理图进行详细解析。

2.工作原理

AC输入和DC输入的开关电源，其输入过欠压保护原理具有共通性。在保护电路中，取样电压源自输入滤波后的电压。该取样电压被分为两路进行处理。其中一路，经过R、R2、R3、R4的分压后，被输入到比较器的3脚。当取样电压高于2脚所提供的基准电压时，比较器的脚会输出高电平，从而触发主控制器进行关断操作，导致电源无输出。另一路取样电压，则经过R7、R8、R9、R0的分压后，被输入到比较器的6脚。若取样电压低于5脚所设定的基准电压，比较器的7脚将输出高电平，同样触发主控制器进行关断操作，使电源停止输出。

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