多路輸出開關電源原理分析

馬思源

摘要：本文簡述了一種多路輸出的開關電源的工作原理。著重介紹了輸入、半橋逆變與脈寬調制部分電路的組成及電壓電流信號在電源內部傳遞的過程。為未來多路輸出的開關電源發展提供了一種清晰的思路，對同類開關電源的設計有一定的借鑒意義。

關鍵詞：開關電源;半橋逆變;脈寬調制;多路輸出

1.引言

早期人們為了實現多電源同時供電的需求，往往采取多個單端同時供電，雖然供電的目的實現了，卻也面臨著如下問題：

①各個開關電源的工作頻率如果不統一，會引入拍頻干擾;

②被廣泛使用的電源，由于當時電源效率不高，帶來很大的能源浪費;

③多個電源同時操作，既加大了操作難度，也增加了操作調試時間。

因此，人們才想到使用單個變換器實現多路輸出的要求，才有了今天多路輸出的開關電源的發展。本文介紹的只是其中一種多路輸出開關電源。

2.多路輸出開關電源的基本工作原理

（2）原理分析：

此電源采用半橋拓撲結構，主要由輸入、半橋逆變及脈寬調制電路和輸出三部分組成。

①輸入部分

輸入部分包括交流整流濾波電路和待機電源電路。

整流濾波電路，其主要功能是將220V的交流電壓經過整流濾波變成300V的直流電壓。其信號的變化過程是：首先220V交流電壓信號經由濾波器Z1先濾除一些雜波信號，再經過保險絲F1和接插件（XP1-XS1）引入電源主板，信號一分為二，其一直接通過插針（XS2）給外部整機提供初步濾波后的220V交流電壓信號，其二經由R1、R2組成的二次濾波電路濾除雜波信號，再經過C1、L1、C2、C36、C3、C3組成的三次濾波的CLC（л型）濾波電路進一步濾除高頻和低頻的一些雜波信號，之后經由V1整流橋堆對濾波后的電壓信號進行整流讓其變成300V的直流電壓。

待機電源電路，其中不僅供給輸出，也給脈寬調制器供電。由火零線引入的220V交流電壓信號經過T4待機變壓器先進行電壓變換將電壓由220V變換成11V左右交流電壓信號，經過橋式整流器V6的全波整流將其轉化為15V的直流電壓，信號一分為二，其一為PWM脈寬調制器的供電引腳13、15提供15V的直流電壓，其二經過V7穩壓管的穩壓變換將其變化為12V左右的穩定直流電壓輸出，這就是12VS待機電壓的輸出原理。

②半橋逆變及脈寬調制電路部分

半橋逆變及脈寬調制電路部分主要包括半橋逆變電路、脈寬調制電路、電壓反饋電路。

半橋逆變電路，半橋逆變電路由分壓電容C5，C6，開關管V2，V3及高頻變壓器T1和整流電路組成。輸入交流電壓220V經整流橋堆V1可得脈動的直流電壓，經過高壓電容C5，C6與 C7，C8，R4，R5組成的RC串并聯濾波電路可得到近310V的直流電壓供兩只功率管V2，V3工作使用。高頻變壓器T1接在V2，V3和C5，C6的中點上，電路工作時高頻變壓器T1的一次繞組（16-15）將得到頻率為0.0463Hz的方波電壓。（其中方波電壓的頻率=0.5*f（osc），而f（osc）來自脈寬控制器N1 產生的振蕩頻率，可由公式f（osc）=1/（CT*（0.7*RT+3*RD））估算，由電路可知CT為C14，RT為R13，RD為R12，將其代入公式可得f（osc）=0.0926Hz，故方波電壓頻率為0.0463Hz）。R10，C10組成了一次繞組（16-15）的吸收回路，用以吸收T1漏感產生的尖峰脈沖，同時改變V2，V3關斷時的伏安特性，從而減少關斷損耗。

脈寬調制電路由脈寬控制器芯片（SG3525AN）提供一對相位互補的脈沖（分別由其11腳和14腳輸出）交替控制功率開關管的通斷，將輸入整流濾波后的直流電壓變換為交變的脈沖電壓，經高頻變壓器隔離變換，得到所需的電壓，再經過開關整流管的全波整流，輸出濾波電路平滑成低紋波的直流輸出電壓。

電壓反饋電路主要通過主路的電壓反饋來調節脈寬調試芯片的11腳和14腳輸出占空比，從而控制功率開關管的工作狀態。開機信號通過控制脈寬調制電路完成電源通斷。

為了得到穩定的輸出電壓，還需將主路電壓進行取樣、比較放大，來控制脈寬調制器芯片的脈沖寬度從而實現電路的穩壓功能。當輸入電壓或負載變化等原因引起電源的輸出電壓發生變化時，反饋電路將輸出電壓取樣后，與基準電壓比較放大，生成誤差信號，從而改變脈寬調制器芯片的輸出脈寬，維持輸出電壓穩定。當出現過流、短路等故障時，保護電路動作，封鎖脈寬調制器輸出，從而關斷電源。

③輸出部分

輸出部分包括隔離變壓器的變換電路及次級整流濾波和穩壓電路。其主要功能是將隔離變壓器的交變電壓進行整流濾波后輸出。

3.結論

本文綜述了一種多路輸出的開關電源的輸入、半橋逆變和脈寬調制部分的工作原理，為未來多路輸出的開關電源發展提供了一種清晰的思路，對同類開關電源的設計有一定的借鑒意義。

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