开关电源应用于大型游戏机盒的原理分析

开关电源应用于大型游戏机盒的原理分析开关电源的主要技术性能指标：外形尺寸150×100×45mm;输出电压+5V、10A(max)，纹波≤50mV;-5V、1A(max)纹波≤100mV;+12V、1A(max)纹波≤100mV;输入电压~220V±30%或~110V±30%(使用110V有较好的隔离作用)。?

　　电路工作原理如图四(295页)所示，可分为交直流转化电路、高频开关电路、隔离稳压电路、直流稳压电路等几大部份组成。

　　FUSE为2A保险管。R1为开机瞬间的限流保护电阻，在开机前C1和C3由于容量较大，故在开机瞬间C1和C3迅速充电(此时可近似视为短路)，因此在这时有一个很大的电流(比正常工作时大数十倍)通过D12～D15，此电流不仅可损坏D12～D15，也可熔断FUSE，加入R1的目的就是要将这一瞬间的大电流限制在可以允许的范围内。C13、T1、C17、C16、C18 组成高频隔离和抗干扰网络，其原理是，当开关电源在正常工作时，Q1 开关管集电极的脉冲幅值可达400V-500V，所含谐波很丰富， 对于这些高次谐波D12～D15是起不到隔离作用的，如无高频隔离和抗干扰网络的存在，这些高频脉冲就可通过交流220V电源线向外传送和幅射，进入其它电器产生高频干扰。T1串接在交流电源的输入线中，故对输入的50Hz电源来讲呈低阻状态， 而对高频信号来讲则必然呈高阻抗，C1电容仅0.1uF，故对50Hz电源来讲基本上是开路状态，而对沿电源线传送的高频信号来说则又是低阻状态，与T1 相结合从而使沿电源线传送的高频信号大幅度减小。高次谐波除沿输入电源线向外传送和幅射产生干扰外，还通过主变压器的漏磁及印制板的铜泊向空间辐射。由于本电源外壳是用金属制成的，且金属外壳又是通过FG与C16、C17、C18相联通，这样就可有效隔离从空间向外辐射的高次谐波。同理对外面的高频干扰也能有效隔离而不会进入开关电源内。D12～D15、S1、C1、C3组成高压整流滤波网络。加入S1拨动开关的主要目的是适应于220V和110V 两种不同的电压。?

　　当开关电源接通后C1、C3被迅速充电;故电容两端的电压迅速升高，通过R2、R3，使Q1基极电压也升高，当基极电压高于0.7V时Q1由截止变为导通，由于Q1的导通就使主变压器T2线圈中有电流通过，该电流通过磁场隅合到其它线圈，由于感生电动势的原因，此时线圈的感生电压通过另一绕组使Q3截止，Q2也截止，从而使Q1能维持导通。当Q1进入饱和导通后，线圈中的电流也就可达到某一值不再变化，故变压器的的磁通也不再变，因此另一绕组中的阻止其导通增加的感生电动势消失，当电压高到某一值时Q3导通，Q2也导通。使Q1的基极电压迅速下降，一但Q1的基极电压下降，流过线圈中的电流就要减少，随之变压器中的磁通也要减少，此时线圈就要产生一感生电动势来阻止通过的磁通减少，也就是说要在另一绕组产生高电位，这样就更加促使Q3导通，Q2进入深饱和区，从而使Q1完全截止。当Q1进入完全截止后，绕圈中无电流流过，变压器中也无磁通，因此另一绕组的电位也变到“0”V，从而又开始了下一个Q1从导通到截止的循环。D8、C15、R6、R14、C11是削反冲网络，因为当Q1由导通变为载止时，线圈中所储有的能量可能在Q1集电极上产生一比正常开关脉冲高数倍的电压，从而使Q1击穿，由于泄流网络的加入使电感线圈中储备的能量一边通过D8、C15、R6返回电源，一边通过R14、C11到地。D8的加入既可隔离直流高压加到Q1集电极上，又可使返回电源的电流不受阻挡。D4、D5主要是为了保护Q1的be结不被反向电压击穿。因为一般的管子e-b间能受的反向电压都很低，D2、D3加入，使无论何种原因当其在Q1的b极上出现负压均只能被钳在1.4V左右，从而有效的保护了Q1的be结。?

　　过流保护是通过R4、Q4、Q3、Q2来实现的。其原理是当次级端出现过流时，通过Q1的脉冲电流也相应要变大，这样R4上的脉冲电压也要增大，当这一脉冲电压大于某一数值时Q4就导通，Q4的导通显然与电阻R5 的大小和负荷电流的大小是成正比例的。当Q4导通时其集电极电流只能从Q3基极分流，当分流电流不太大时，仅只使Q3的导通时间延迟，从而使开关工作频率变慢， 故次级输出电压下降，负荷电流减少。一旦负荷出现短路的情况，Q4从Q3基极分流的电流就可使Q3钳在截止状态，使振荡停止，负荷端无输出电压。?

　　整个开关电源的稳压过程是通过VR1、R10和R11的取样放大与光耦4N35的隔离控制来实现，具体过程是：当+5V电压上升时，通过4N35的电流也变大，因而流入二次端的电流也相应变大，从电原理图中不难看出这仍然要从Q3基极分流出来，分流的结果使Q3的导通时间延迟，也就是说开关频率变慢，这就必然导致+5V电压变小，从而达到稳压的目的。由于+5V的最大输出电流可达10A，因此在设计中选用了π型滤波，并用较大容量的电解电容，从而使纹波电压有效地控制在50mv内，加上L1 的目的就是为了控制高频谐波输出。在半桥两端并上R20与C19串联电路的目的是因为+5V 负荷不但重且又接有较大的滤波电容，故在开机的瞬间必然要承受一个较大的冲击电流，加入这一串联电路可起到对这一冲击电流分流的目的。?

　　由于是三组直流输出，而稳压控制点又只能选择一路输出电压，故为提高另外二路直流输出的稳压精度，在另两路中串接了7812和7905两种三端稳压器。