Inhaltsübersicht
1. Schaltungsaufbau eines Schaltnetzteils
Die Hauptschaltung des Schaltnetzteils besteht aus einem Eingangsfilter für elektromagnetische Störungen (EMI), einer Gleichrichterfilterschaltung, einer Leistungsumwandlungsschaltung, einer PWM-Steuerschaltung und einer Ausgangsgleichrichterfilterschaltung. Zu den Hilfsschaltungen gehören eine Eingangsschutzschaltung gegen Unterspannung, eine Ausgangsschutzschaltung gegen Unterspannung, eine Ausgangsschutzschaltung gegen Überstrom, eine Ausgangsschutzschaltung gegen Kurzschluss usw.
Das Blockschaltbild des Schaltnetzteils sieht wie folgt aus:
2. Prinzipien und gemeinsame Schaltungen von Eingangsschaltungen
2.1 Prinzip der AC-Eingangsgleichrichter-Filterschaltung:
①. Blitzschutzschaltung: Wenn bei einem Blitzeinschlag eine hohe Spannung erzeugt und über das Stromnetz in die Stromversorgung eingespeist wird, bietet die Schaltung aus MOV1, MOV2, MOV3: F1, F2, F3 und FDG1 Schutz. Wenn die an beiden Enden des Varistors angelegte Spannung seine Arbeitsspannung übersteigt, sinkt sein Widerstand, wodurch Hochspannungsenergie am Varistor verbraucht wird. Wenn der Strom zu groß ist, lassen F1, F2 und F3 die Schutzschaltung durchbrennen.
②. Eingangsfilterschaltung: Das doppelte π-Filternetzwerk, bestehend aus C1, L1, C2 und C3, unterdrückt hauptsächlich das elektromagnetische Rauschen und die Störsignale der Eingangsstromversorgung, um Interferenzen mit der Stromversorgung zu vermeiden, und verhindert auch hochfrequentes Rauschen, das von der Stromversorgung selbst erzeugt wird. Welleninterferenz mit dem Stromnetz. Wenn das Gerät eingeschaltet wird, muss C5 aufgeladen werden. Aufgrund des hohen Augenblicksstroms kann das Hinzufügen von RT1 (Thermistor) einen Stoßstrom wirksam verhindern. Da die gesamte momentane Energie am RT1-Widerstand verbraucht wird, sinkt der Widerstand von RT1, nachdem die Temperatur nach einer gewissen Zeit gestiegen ist (RT1 ist ein Bauteil mit negativem Temperaturkoeffizienten). Zu diesem Zeitpunkt ist der Energieverbrauch sehr gering, und der nachfolgende Schaltkreis kann normal arbeiten.
③. Gleichrichter- und Filterschaltung: Nachdem die Wechselspannung durch BRG1 gleichgerichtet wurde, wird sie durch C5 gefiltert, um eine relativ reine Gleichspannung zu erhalten. Wenn die Kapazität von C5 kleiner wird, erhöht sich die AC-Welligkeit des Ausgangs.
2.2 Prinzip der DC-Eingangsfilterschaltung:
①. Eingangsfilterschaltung: Das doppelte π-Filternetzwerk, bestehend aus C1, L1 und C2, unterdrückt hauptsächlich das elektromagnetische Rauschen und die Störsignale der Eingangsstromversorgung, um Störungen der Stromversorgung zu verhindern. Es verhindert auch, dass hochfrequente Störungen, die von der Stromversorgung selbst erzeugt werden, die Stromversorgung beeinträchtigen. Netzstörung. C3 und C4 sind Sicherheitskondensatoren, L2 und L3 sind Differenzialspulen.
②, R1, R2, R3, Z1, C6, Q1, Z2, R4, R5, Q2, RT1 und C7 bilden eine Anti-Surge-Schaltung. Im Moment des Einschaltens ist Q2 aufgrund von C6 nicht leitend, und der Strom bildet eine Schleife durch RT1. Q2 schaltet sich ein, wenn sich die Spannung an C6 auf den eingestellten Wert von Z1 auflädt. Wenn C8 undicht ist oder der nachgeschaltete Stromkreis kurzgeschlossen ist, steigt der durch den Strom an RT1 erzeugte Spannungsabfall im Moment des Einschaltens an. Q1 schaltet sich ein und Q2 leitet ohne Gatespannung nicht. RT1 wird in kurzer Zeit durchbrennen. Schützen Sie den nachgeschalteten Stromkreis.
3. Leistungsumwandlungsschaltung
3.1 Funktionsprinzip der MOS-Röhre:
Die derzeit am weitesten verbreitete Feldeffektröhre mit isoliertem Gate ist der MOSFET (MOS-Röhre), der den elektroakustischen Effekt der Halbleiteroberfläche für seine Arbeit nutzt. Er wird auch als Oberflächen-Feldeffektgerät bezeichnet. Da sich das Gate in einem nicht-leitenden Zustand befindet, kann der Eingangswiderstand stark erhöht werden, und zwar auf bis zu 105 Ohm. Die MOS-Röhre nutzt die Gate-Source-Spannung, um die auf der Halbleiteroberfläche induzierte Ladungsmenge zu verändern und so den Drainstrom zu steuern.
3.2. Gemeinsame schematische Darstellungen:
3.3. Arbeitsweise:
R4, C3, R5, R6, C4, D1 und D2 bilden einen Puffer und sind parallel zur Schalter-MOS-Röhre geschaltet, um die Spannungsbelastung der Schalterröhre zu verringern, EMI zu reduzieren und einen sekundären Durchbruch zu verhindern. Wenn der Schalter Q1 ausgeschaltet ist, neigt die Primärspule des Transformators dazu, Spannungsspitzen und Spitzenströme zu erzeugen. Die Kombination dieser Komponenten kann die Spannungs- und Stromspitzen gut absorbieren. Das von R3 gemessene Stromspitzensignal ist an der Steuerung des Tastverhältnisses des Stromarbeitszyklus beteiligt und bildet daher die Stromgrenze des Stromarbeitszyklus. Wenn die Spannung an R5 1 V erreicht, hört UC3842 auf zu arbeiten und der Schalter Q1 wird sofort ausgeschaltet. Die Übergangskapazitäten CGS und CGD in R1 und Q1 bilden zusammen ein RC-Netzwerk. Das Laden und Entladen des Kondensators wirkt sich direkt auf die Schaltgeschwindigkeit der Schaltröhre aus. Ist R1 zu klein, kommt es leicht zu Schwingungen und großen elektromagnetischen Störungen; ist R1 zu groß, verringert sich die Schaltgeschwindigkeit der Schaltröhre. Z1 begrenzt in der Regel die GS-Spannung der MOS-Röhre auf unter 18 V und schützt so die MOS-Röhre. Die gategesteuerte Spannung von Q1 ist eine sägeförmige Welle. Wenn das Tastverhältnis größer ist, ist die Durchlasszeit von Q1 länger und die im Transformator gespeicherte Energie größer; wenn Q1 ausgeschaltet wird, gibt der Transformator über D1, D2, R5, R4 und C3 Energie ab und erreicht gleichzeitig den Zweck der Rückstellung des Magnetfelds, wodurch der Transformator für die nächste Speicherung und Übertragung von Energie vorbereitet wird. Der IC passt das Tastverhältnis der stiftsägeförmigen Welle ständig an die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom an und stabilisiert so den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung der gesamten Maschine. C4 und R6 sind Schaltungen zur Absorption von Spannungsspitzen.
3.4 Push-Pull-Leistungswandlerschaltung:
Q1 und Q2 schalten sich nacheinander ein.
3.5 Leistungswandlerschaltung mit Steuertransformator:
T2 ist der Steuertransformator, T1 ist der Schalttransformator und TR1 ist die Stromschleife.
4. Filterschaltung des Ausgangsgleichrichters:
4.1 Vorwärtsgleichrichterschaltung:
T1 ist ein Schalttransformator, dessen Primär- und Sekundärpole in der gleichen Phase liegen. D1 ist eine Gleichrichterdiode, D2 ist eine Freilaufdiode und R1, C1, R2 und C2 sind Spitzenwertbegrenzungsschaltungen. L1 ist eine Freilaufdrossel, und C4, L2 und C5 bilden eine
π-Filter.
4.2 Flyback-Gleichrichterschaltung:
T1 ist ein Schalttransformator, dessen Primär- und Sekundärpole in entgegengesetzten Phasen liegen. D1 ist die Gleichrichterdiode, R1 und C1 sind Spitzenwertbegrenzungsschaltungen. L1 ist eine Freilaufdrossel, R2 ist eine Dummy-Last, und C4, L2 und C5 bilden eine
π-Filter.
4.3 Synchrone Gleichrichterschaltung:
Funktionsprinzip: Wenn das obere Ende der Sekundärseite des Transformators positiv ist, fließt der Strom durch C2, R5, R6 und R7, um Q2 zu leiten, und die Schaltung bildet eine Schleife, und Q2 ist ein Gleichrichter. Das Gate von Q1 ist abgeschaltet, da es in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn das untere Ende der Sekundärseite des Transformators positiv ist, fließt der Strom durch C3, R4 und R2, um Q1 zu leiten, und Q1 ist eine Freilaufröhre. Das Gate von Q2 ist abgeschaltet, da es in Sperrichtung vorgespannt ist. L2 ist eine Freilaufinduktivität, und C6, L1 und C7 bilden eine
π-Filter. R1, C1, R9 und C4 sind Spitzenwert-Begrenzungsschaltungen.
5. Prinzip der Spannungsstabilisierungsschleife
5.1 Schematische Darstellung des Rückkopplungskreises:
5.2 Arbeitsprinzip:
Wenn der Ausgang U0 ansteigt, nachdem er durch die Abtastwiderstände R7, R8, R10 und VR1 geteilt wurde, steigt die Spannung am Stift U1③ an. Wenn sie die Referenzspannung des Stifts U1② übersteigt, gibt der Stift U1① einen hohen Pegel aus, wodurch Q1 leitend wird und der Optokoppler OT1 Licht aussendet. Die Diode emittiert Licht, der Fototransistor wird eingeschaltet, und das Potenzial des UC3842-Pins ① wird entsprechend niedrig, wodurch sich das Ausgangstastverhältnis des Pins U1 ⑥ ändert und U0 verringert. Wenn der Ausgang U0 abnimmt, sinkt die Spannung des Stifts U1③. Wenn sie niedriger ist als die Referenzspannung des Stifts U1②, gibt der Stift U1① einen niedrigen Pegel aus, Q1 leitet nicht, die Optokoppler-Leuchtdiode OT1 emittiert kein Licht, der Fototransistor leitet nicht, und das Potenzial des Stifts UC3842① steigt an. High, wodurch sich das Ausgangstastverhältnis des Pins U1⑥ erhöht und das von U0 verringert. Wiederholt bleibt die Ausgangsspannung stabil. Durch Einstellen von VR1 kann der Wert der Ausgangsspannung geändert werden.
Die Rückkopplungsschleife ist ein wichtiger Schaltkreis, der die Stabilität des Schaltnetzteils beeinflusst. Wenn z. B. der Rückkopplungswiderstandskondensator Fehler, Leckagen oder schwache Lötstellen aufweist, führt dies zu selbsterregten Schwingungen. Zu den Fehlerphänomenen gehören: abnormale Wellenform, Leer- und Volllastschwingungen, instabile Ausgangsspannung usw.
6. Kurzschlussschutzschaltung
1. Im Falle eines Kurzschlusses an der Ausgangsklemme kann der PWM-Regelkreis den Ausgangsstrom innerhalb eines sicheren Bereichs begrenzen. Zur Umsetzung der Strombegrenzungsschaltung kann eine Vielzahl von Methoden verwendet werden. Wenn die Strombegrenzung während eines Kurzschlusses nicht funktioniert, kann nur ein anderer Schaltkreis hinzugefügt werden.
2. In der Regel gibt es zwei Arten von Kurzschlussschutzschaltungen. Die nachstehende Abbildung zeigt eine Kurzschlussschutzschaltung mit geringem Stromverbrauch. Ihr Prinzip wird im Folgenden kurz beschrieben:
Wenn der Ausgangskreis kurzgeschlossen wird, verschwindet die Ausgangsspannung, der Optokoppler OT1 leitet nicht, die Spannung des UC3842-Pins ① steigt auf etwa 5 V, die geteilte Spannung von R1 und R2 übersteigt die TL431-Referenz, wodurch sie leitet, das VCC-Potenzial des UC3842-Pins ⑦ wird nach unten gezogen, und der IC hört auf zu arbeiten. Nachdem UC3842 aufhört zu arbeiten, verschwindet das Potenzial des Pins ①, TL431 leitet nicht, das Potenzial des Pins ⑦ von UC3842 steigt an, UC3842 startet neu und der Zyklus beginnt von neuem. Wenn der Kurzschluss verschwindet, kann der Schaltkreis automatisch in den normalen Betriebszustand zurückkehren.
3. Die folgende Abbildung zeigt eine Kurzschlussschutzschaltung für mittlere Leistungen. Ihr Prinzip wird im Folgenden kurz beschrieben:
Wenn der Ausgang kurzgeschlossen ist und die Spannung an Pin ① von UC3842 ansteigt und das Potenzial von Pin ③ von U1 höher ist als das von Pin ②, schaltet der Komparator Pin ① um und gibt hohes Potenzial aus, um C1 zu laden. Wenn die Spannung an beiden Enden von C1 die Referenzspannung von Pin ⑤ übersteigt, gibt Pin U1 ⑦ ein niedriges Potenzial aus, und Pin ① von UC3842 liegt unter 1 V, UCC3842 hört auf zu arbeiten, die Ausgangsspannung beträgt 0 V, und der Zyklus beginnt von neuem. Wenn der Kurzschluss verschwindet, arbeitet die Schaltung normal. R2 und C1 sind Lade- und Entladezeitkonstanten. Wenn der Widerstandswert falsch ist, funktioniert der Kurzschlussschutz nicht.
4. Die folgende Abbildung zeigt eine übliche Strombegrenzungs- und Kurzschlussschutzschaltung. Ihr Funktionsprinzip wird im Folgenden kurz beschrieben:
Bei einem Kurzschluss oder Überstrom im Ausgangskreis steigt der Primärstrom des Transformators, der Spannungsabfall an R3 nimmt zu, die Spannung an Pin ③ steigt, und das Ausgangstastverhältnis von Pin ⑥ des UC3842 nimmt allmählich zu. Wenn die Spannung an Pin ③ 1 V übersteigt, schaltet UC3842 ab und hat keinen Ausgang. .
5. Die folgende Abbildung zeigt eine Schutzschaltung, die einen Stromwandler zur Stromabnahme verwendet. Sie hat einen geringen Stromverbrauch, ist aber sehr teuer und die Schaltung ist kompliziert. Ihr Funktionsprinzip wird im Folgenden kurz beschrieben:
Wenn der Ausgangskreis kurzgeschlossen ist oder der Strom zu groß ist, ist die von der Sekundärspule von TR1 induzierte Spannung höher. Wenn der ③-Pin des UC3842 1 Volt übersteigt, hört der UC3842 auf zu arbeiten und beginnt immer wieder von vorne. Wenn der Kurzschluss oder die Überlast verschwindet, erholt sich der Stromkreis von selbst.
7. Strombegrenzungsschutz der Ausgangsklemmen
Die obige Abbildung zeigt eine übliche Ausgangsstrombegrenzungs-Schutzschaltung. Das Funktionsprinzip ist kurz wie oben beschrieben: Wenn der Ausgangsstrom zu groß ist, steigt die Spannung an beiden Enden von RS (Mangankupferdraht) an, und die Spannung am U1③-Pin ist höher als die Referenzspannung am ②-Pin. U1①-Pin Ausgangshochspannung, Q1 wird eingeschaltet, der fotoelektrische Effekt tritt im Optokoppler auf, die Spannung an Pin 1 von UC3842 sinkt, und die Ausgangsspannung sinkt, wodurch der Zweck der Ausgangsüberlaststrombegrenzung erreicht wird.
8. Prinzip der Ausgangsüberspannungsschutzschaltung
Die Funktion der Ausgangsüberspannungsschutzschaltung besteht darin, die Ausgangsspannung auf einen sicheren Wert zu begrenzen, wenn die Ausgangsspannung den Auslegungswert überschreitet. Wenn die interne Spannungsstabilisierungsschleife des Schaltnetzteils ausfällt oder die Ausgangsüberspannung aufgrund einer unsachgemäßen Bedienung durch den Benutzer auftritt, schützt die Überspannungsschutzschaltung die nachgeschalteten elektrischen Geräte vor Schäden. Die am häufigsten verwendeten Überspannungsschutzschaltungen sind die folgenden:
1. SCR-Trigger-Schutzschaltung:
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, bricht die Spannungsreglerröhre (Z3) zusammen und schaltet sich ein, wenn der Ausgang von Uo1 ansteigt, und die Steuerklemme des siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR1) erhält die Auslösespannung, so dass sich der Thyristor einschaltet. Wenn die Spannung von Uo2 gegen Masse kurzgeschlossen wird, wird die Überstromschutzschaltung oder die Kurzschlussschutzschaltung aktiv und stoppt den Betrieb des gesamten Stromkreises. Wenn das Phänomen der Ausgangsüberspannung beseitigt ist, wird die Steuerklemmen-Auslösespannung des Thyristors über R an Masse entladen, und der Thyristor kehrt in den Aus-Zustand zurück.
2. Schaltung zum Schutz der photoelektrischen Kopplung:
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, bricht die Spannungsreglerröhre zusammen, wenn Uo eine Überspannung aufweist, und leitet, und ein Strom fließt durch den Optokoppler (OT2) R6 zur Erde. Die Leuchtdiode des Optokopplers emittiert Licht und veranlasst dadurch den Fototransistor des Optokopplers zum Durchgang. Die Basis von Q1 ist elektrisch leitend, und die Spannung des Pins ③ von 3842 wird reduziert, wodurch das IC ausgeschaltet und der Betrieb der gesamten Stromversorgung gestoppt wird. Uo ist Null, und der Zyklus wiederholt sich.
3. Schutzschaltung zur Begrenzung der Ausgangsspannung:
Die Schutzschaltung zur Begrenzung der Ausgangsspannung ist wie unten dargestellt. Wenn die Ausgangsspannung ansteigt, wird die Spannungsreglerröhre eingeschaltet und der Optokoppler eingeschaltet. An der Basis von Q1 liegt eine Steuerspannung an, und der Kanal ist angeschlossen. Die Spannung von UC3842③ steigt, die Ausgangsspannung sinkt, und die Spannungsreglerröhre leitet nicht. UC3842③ Während die Spannung sinkt, steigt die Ausgangsspannung. Wiederholt stabilisiert sich die Ausgangsspannung innerhalb eines Bereichs (abhängig vom Spannungsregelwert der Spannungsreglerröhre).
4. Ausgangsüberspannungsschutzschaltung:
Das Funktionsprinzip von Abbildung A besteht darin, dass bei einem Anstieg der Ausgangsspannung Uo die Spannungsreglerröhre eingeschaltet wird, der Optokoppler eingeschaltet wird und die Basis von Q2 elektrisch leitend ist. Aufgrund der Leitfähigkeit von Q2 wird die Basisspannung von Q1 reduziert und auch dieser eingeschaltet. Die Vcc-Spannung fließt durch R1, Q1 und R2, so dass Q2 immer leitend ist und der ③-Pin des UC3842 immer einen hohen Pegel hat und nicht mehr funktioniert. In Abbildung B steigt die Spannung des ③-Pins von U1, wenn UO ansteigt, und der ①-Pin gibt High-Pegel aus. Aufgrund des Vorhandenseins von D1 und R1 gibt der Stift U1 ① immer einen hohen Pegel aus. Q1 ist immer eingeschaltet. UC3842 ①-Pin hat immer einen niedrigen Pegel und funktioniert nicht mehr. . Positive Rückkopplung?
9. Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC)
1. Prinzipielle Darstellung:
2. Arbeitsweise:
Die Eingangsspannung durchläuft den EMI-Filter, der sich aus L1, L2, L3 usw. zusammensetzt, und der BRG1 gleichrichtet einen Pfad und leitet ihn an die PFC-Induktivität. Der andere Pfad wird durch R1 und R2 geteilt und als Abtastwert der Eingangsspannung an den PFC-Controller gesendet, um das Tastverhältnis des Steuersignals anzupassen. Verhältnis, d. h. Änderung der Ein- und Ausschaltzeiten von Q1 zur Stabilisierung der PFC-Ausgangsspannung. L4 ist die PFC-Induktivität, die Energie speichert, wenn Q1 eingeschaltet ist, und Energie abgibt, wenn Q1 ausgeschaltet ist. D1 ist die Einschaltdiode. D2 ist die PFC-Gleichrichterdiode, C6 und C7 sind Filter. Ein Kanal der PFC-Spannung wird an die nachgeschaltete Schaltung gesendet, der andere Kanal wird durch R3 und R4 geteilt und dann als Abtastwert der PFC-Ausgangsspannung an den PFC-Controller gesendet, um das Tastverhältnis des Steuersignals anzupassen und die PFC-Ausgangsspannung zu stabilisieren.
10. Über- und Unterspannungsschutz am Eingang
1. Schematische Darstellung:
2. Arbeitsweise:
Die Prinzipien des Eingangsüberspannungs- und -unterspannungsschutzes von Schaltnetzteilen mit Wechselstrom- und Gleichstromeingang sind in etwa die gleichen. Die Abtastspannung der Schutzschaltung stammt von der gefilterten Eingangsspannung. Die Abtastspannung wird in zwei Kanäle aufgeteilt. Ein Kanal wird durch R1, R2, R3 und R4 geteilt und dann dem Komparatorstift 3 zugeführt. Wenn die Abtastspannung höher ist als die Referenzspannung von Stift 2, gibt der Komparatorstift 1 einen hohen Pegel aus, um den Hauptcontroller zu steuern und ihn zum Herunterfahren zu veranlassen; das Netzteil hat keinen Ausgang. Der andere Kanal wird durch R7, R8, R9 und R10 geteilt und dann an Pin 6 des Komparators eingegeben. Ist die Abtastspannung niedriger als die Referenzspannung von Pin 5, gibt der Komparator-Pin 7 einen hohen Pegel aus, um den Hauptcontroller zum Abschalten zu veranlassen, und die Stromversorgung hat keinen Ausgang.
