幾種經(jīng)典的開(kāi)關(guān)電源電路

　　1、感性開(kāi)關(guān)式電源電路圖

　　如圖所示，555和R1、R2、C1組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，振蕩頻率約在10kHz，占空比接近50%。VT2、VT3作為擴(kuò)大電流用的開(kāi)關(guān)管使用。當(dāng)振蕩方波為高電平時(shí)，VT2、VT3導(dǎo)通，向LC放電;為低電平時(shí)，L中的儲(chǔ)能通過(guò)續(xù)流二極管回路向負(fù)載供電。當(dāng)過(guò)壓時(shí)，DW擊穿，VT1飽和導(dǎo)通，c極呈低電平(<0.7V)，使555復(fù)位、停振，起穩(wěn)壓和動(dòng)態(tài)平衡作用。

　　2、5V不間斷電源

　　電池電壓GB為3.6V，由三節(jié)AANiCd電池組成。IC1位開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，IC2位線(xiàn)性穩(wěn)壓器。當(dāng)輸入電壓Vin》7.3V，IC1將關(guān)斷，在此情況下有IC2提供輸出電壓。Vin則通過(guò)VD1和R1以浮充電流對(duì)GB進(jìn)行充電。當(dāng)Vin<7.3V時(shí)，IC2則處于關(guān)斷狀態(tài)，IC1將3.6V電池電壓升到5V，負(fù)載電流為50mA。IC2帶有低電池電壓監(jiān)測(cè)器，并由R6、R7對(duì)Vin進(jìn)行檢測(cè)。監(jiān)測(cè)器在7腳的輸出驅(qū)動(dòng)倒相器VT1，VT1又反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)IC1和IC2的6腳及5腳兩個(gè)關(guān)斷輸入腳。這兩個(gè)輸入具有相反的極性電平。IC1和IC2公用反饋電阻R2和R3使兩個(gè)穩(wěn)壓器對(duì)輸出電壓V0都能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)IC2關(guān)斷，其輸出被切斷。當(dāng)IC1關(guān)斷，芯片維持低功率狀態(tài)，消耗電流小于1微安。在工作狀態(tài)IC1對(duì)50mA的負(fù)載提供75%的總效率。只要正確設(shè)定限流電阻R1的阻值，就能使浮充電流電荷量不超過(guò)電池容量的10%，Vin可高達(dá)17V。

　　3、高耐壓PWM開(kāi)關(guān)電源

　　本電源為簡(jiǎn)單的5V、5W開(kāi)關(guān)電源。圖中TOP210(IC)為PWM開(kāi)關(guān)。IC中含有PWM控制器，功率MOSFET和各種保護(hù)電路，這種5V、5W開(kāi)關(guān)電源的成本比常用的線(xiàn)性電源成本低。

　　交流輸入電壓經(jīng)VD1~VD2整流后的直流高壓，加到變壓器T初級(jí)線(xiàn)圈的一端，初級(jí)線(xiàn)圈的另一端加到TOP210內(nèi)部輸出MOSFET的漏極。VD2和VD6組成的箝位電路，把電壓器T漏感引起的脈沖前沿尖峰電壓限制到安全值。本電源工作頻率為100kHz。變壓器T次級(jí)電壓級(jí)VD7整流和C4、C5、L2濾波后，輸出5V的穩(wěn)定電壓。L1、C1、C6、C7用來(lái)減小傳導(dǎo)輻射電流，以減小開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的射頻干擾。反饋線(xiàn)圈兩端電壓經(jīng)VD8整流，R1、C3濾波后，加到TOP210的控制腳，C3兩端電壓有TOP210來(lái)調(diào)整，以便穩(wěn)定輸出電壓。

　　4、調(diào)頻燈的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

　　本電源在光學(xué)儀器和設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛，其范圍主要包括光學(xué)教學(xué)儀器。如投影儀、幻燈機(jī)、放映機(jī)、等。光學(xué)影像設(shè)備如放大機(jī)、印像機(jī)曝光機(jī)、高速攝影機(jī)等。光學(xué)分析儀器，如顯微鏡、放大鏡、分光光度計(jì)、光譜儀等。

　　電路原理如圖所示，電容C1、C2、C3和共模電感T1組成的共模濾波器，可將電源內(nèi)部主變換器產(chǎn)生的高頻信號(hào)對(duì)電網(wǎng)(220V，50Hz)的影響和污染降到最低，二極管VD1~VD4及電解電容C4組成的全波整流濾波電路，將220V、50Hz變成300V的直流電壓，用以作電路的電源。主變換器有開(kāi)關(guān)功率管VT1和VT2、電容C6和C10、變壓器T2和T3等外圍元件組成，電路形式為半橋型自激式。

　　5、低噪聲開(kāi)關(guān)電路原理圖

　　電路如圖所示，該電路可以獲得更大的輸出功率，只需更改部分器件。圖中左邊的電路R1，L1，D1，C1至C7是常規(guī)的共模濾波和整流電路，獲取約 300V的直流電壓供DC-DC變換電路使用;最右邊電路L5，C11等是普通的LC濾波電路;IC2，D8，R9，R10組成電壓反饋電路，形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定電源輸出電壓;中間部分是DC-DC變換器，降噪聲的關(guān)鍵是對(duì)這一部分的電路進(jìn)行適當(dāng)處理。

　　開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的抑制

　　開(kāi)關(guān)電源工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很高的電流、電壓變化率，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。電磁干擾信號(hào)不僅對(duì)電網(wǎng)造成污染，還直接影響到其他用電設(shè)備甚至電源本身的正常工作，而且作為輻射干擾闖入空間，造成電磁污染，制約著人們的生產(chǎn)和生活。

　　1、無(wú)源濾波技術(shù)

　　無(wú)源濾波電路簡(jiǎn)單，成本低廉，工作性能可靠，是抑制電磁干擾的有效方式。無(wú)源濾波器由電感、電容、電阻元件組成，其直接作用是解決傳導(dǎo)發(fā)射。開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的無(wú)源濾波器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　由于原電源電路中濾波電容容量大，整流電路中會(huì)產(chǎn)生脈沖尖峰電流，這個(gè)電流由非常多的高次諧波電流組成，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾;另外電路中開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通或截止、變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈都會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)電流。由于電流變化率很高，對(duì)周?chē)娐窌?huì)產(chǎn)生出不同頻率的感應(yīng)電流，其中包括差模和共模干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)可以通過(guò) 2根電源線(xiàn)傳導(dǎo)到電網(wǎng)其他線(xiàn)路和干擾其他的電子設(shè)備。圖中差模濾波部分可以減少開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的差模干擾信號(hào)，又能大大衰減設(shè)備本身工作時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)傳向電網(wǎng)。又根據(jù)電磁感應(yīng)定律，得E=Ldi/dt，其中：E為L(zhǎng)兩端的電壓降;L為電感量;di/dt為電流變化率。顯然要求電流變化率越小，則要求電感量就越大。

　　脈沖電流回路通過(guò)電磁感應(yīng)其他電路與大地或機(jī)殼組成的回路產(chǎn)生的干擾信號(hào)為共模信號(hào);開(kāi)關(guān)電源電路中開(kāi)關(guān)管的集電極與其他電路之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，電路會(huì)產(chǎn)生位移電流，而這個(gè)位移電流也屬于共模干擾信號(hào)。圖1中共模濾波器就是用來(lái)抑制共模干擾，使之受到衰減。

　　2 、有源濾波技術(shù)

　　有源濾波技術(shù)是抑制共模干擾的一種有效方法。該方法從噪聲源出發(fā)而采取的措施(如圖2所示)，其基本思想是設(shè)法從主回路中取出一個(gè)與電磁干擾信號(hào)大小相等、相位相反的補(bǔ)償信號(hào)去平衡原來(lái)的干擾信號(hào)，以達(dá)到降低干擾水平的目的。如圖2所示，利用晶體管的電流放大作用，通過(guò)把發(fā)射極的電流折合到基極，在基極回路來(lái)濾波。R1，C2組成的濾波器使基極紋波很小，這樣射極的紋波也很小。由于C2的容量小于C3，減小了電容的體積。這種方式僅適合低壓小功率電源的情況。另外，在設(shè)計(jì)和選用濾波器時(shí)應(yīng)注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝位置要恰當(dāng)，安裝方法要正確，才能對(duì)干擾起到預(yù)期的濾波作用。

　　3、共模、差模電源線(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)

　　電源線(xiàn)干擾可以使用電源線(xiàn)濾波器濾除，開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器基本電路如圖所示。一個(gè)合理有效的開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器應(yīng)該對(duì)電源線(xiàn)上差模干擾和共模干擾都有較強(qiáng)的抑制作用。在圖中CX1和CX2叫做差模電容，L1叫做共模電感，CY1和CY2叫做共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對(duì)差模和共模干擾有較強(qiáng)的衰減作用。

　　共模電感L1是在同一個(gè)磁環(huán)上由繞向相反、匝數(shù)相同的兩個(gè)繞組構(gòu)成。通常使用環(huán)形磁芯，漏磁小，效率高，但是繞線(xiàn)困難。當(dāng)市網(wǎng)工頻電流在兩個(gè)繞組中流過(guò)時(shí)為一進(jìn)一出，產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰好抵消，使得共模電感對(duì)市網(wǎng)工頻電流不起任何阻礙作用，可以無(wú)損耗地傳輸。如果市網(wǎng)中含有共模噪聲電流通過(guò)共模電感，這種共模噪聲電流是同方向的，流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)同相疊加，使得共模電感對(duì)干擾電流呈現(xiàn)出較大的感抗，由此起到了抑制共模干擾的作用。

　　實(shí)際使用中共模電感兩個(gè)電感繞組由于繞制工藝的問(wèn)題會(huì)存在電感差值，不過(guò)這種差值正好被利用作差模電感。所以，一般電路中不必再設(shè)置獨(dú)立的差模電感了。共模電感的差值電感與電容CX1及CX2構(gòu)成了一個(gè)∏型濾波器。這種濾波器對(duì)差模干擾有較好的衰減。

　　除了共模電感以外，圖6中的電容CY1及CY2也是用來(lái)濾除共模干擾的。共模濾波的衰減在低頻時(shí)主要由電感器起作用，而在高頻時(shí)大部分由電容CY1及 CY2起作用。電容CY的選擇要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定，由于電容CY接于電源線(xiàn)和地線(xiàn)之間，承受的電壓比較高，所以，需要有高耐壓、低漏電流特性。計(jì)算電容 CY漏電流的公式是：ID=2πfCYVcY，式中：ID為漏電流，f為電網(wǎng)頻率。

　　一般裝設(shè)在可移動(dòng)設(shè)備上的濾波器，其交流漏電流應(yīng)《1mA;若為裝設(shè)在固定位置且接地的設(shè)備上的電源濾波器，其交流漏電流應(yīng)<3.5mA，醫(yī)療器材規(guī)定的漏電流更小。由于考慮到漏電流的安全規(guī)范，電容CY的大小受到了限制，一般為2.2～33nF。電容類(lèi)型一般為瓷片電容，使用中應(yīng)注意在高頻工作時(shí)電容器CY與引線(xiàn)電感的諧振效應(yīng)。

　　差模干擾抑制器通常使用低通濾波元件構(gòu)成，最簡(jiǎn)單的就是一只濾波電容接在兩根電源線(xiàn)之間而形成的輸入濾波電路(如圖6中電容CX1)，只要電容選擇適當(dāng)，就能對(duì)高頻干擾起到抑制作用。該電容對(duì)高頻干擾阻抗甚底，故兩根電源線(xiàn)之間的高頻干擾可以通過(guò)它，它對(duì)工頻信號(hào)的阻抗很高，故對(duì)工頻信號(hào)的傳輸毫無(wú)影響。該電容的選擇主要考慮耐壓值，只要滿(mǎn)足功率線(xiàn)路的耐壓等級(jí)，并能承受可預(yù)料的電壓沖擊即可。為了避免放電電流引起的沖擊危害，CX電容容量不宜過(guò)大，一般在0.01～0.1μF之間。電容類(lèi)型為陶瓷電容或聚酯薄膜電容。

　　4、屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)

　　采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。屏蔽一般分為2種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響;另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)的影響。屏蔽技術(shù)分為對(duì)發(fā)出電磁波部位的屏蔽和受電磁波影響的元器件的屏蔽。在開(kāi)關(guān)電源中，可發(fā)出電磁波的元器件是指變壓器、電感器、功率器件等，通常在其周?chē)捎勉~板或鐵板作為屏蔽，以使電磁波產(chǎn)生衰減。

　　此外，為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射向外部發(fā)散，為了減少電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響，應(yīng)采取整體屏蔽?？赏耆凑諏?duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。然而在使用整體屏蔽時(shí)應(yīng)充分考慮屏蔽材料的接縫、電線(xiàn)的輸入/輸出端子和電線(xiàn)的引出口等處的電磁泄露，且不易散熱，結(jié)構(gòu)成本大幅度增加等因素。

　　為使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用，加強(qiáng)屏蔽效果，同時(shí)保障人身和設(shè)備的安全，應(yīng)將系統(tǒng)與大地相連，即為接地技術(shù)。接地是指在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)接地面之間建立導(dǎo)電的通路設(shè)計(jì)。這一過(guò)程是至關(guān)重要的，將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)可以更好地解決電磁干擾問(wèn)題，又可提高電子產(chǎn)品的抗干擾能力。在地線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)、正確選擇單點(diǎn)接地通常，濾波電容公共端應(yīng)是其它的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn)，同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級(jí)接地點(diǎn)上，主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的，因?qū)嶋H流過(guò)的線(xiàn)路的阻抗會(huì)導(dǎo)致電路各部分地電位的變化而引入干擾;

　　(2)、量加粗接地線(xiàn) 若接地線(xiàn)很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，因此要確保每一個(gè)大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線(xiàn)，盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度，最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬，它們的關(guān)系是：地線(xiàn)>電源線(xiàn)>信號(hào)線(xiàn)，如有可能，接地線(xiàn)的寬度應(yīng)大于3mm，也可用大面積銅層作地線(xiàn)用，在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用;

　　(3)輸入地與輸出地本開(kāi)關(guān)電源中為低壓的DC-DC，欲將輸出電壓反饋回變壓器的初級(jí)，兩邊的電路應(yīng)有共同的參考地，所以在對(duì)兩邊的地線(xiàn)分別鋪銅之后，還要連接在一起，形成共同的地。