我们常见的开关电源主要用了一款KA3842的电源管理芯片,另一个用了双运放芯片LM358。今天我们通过电路图整体说一下它的工作过程。首先充电器用的电压是市电220V,市电先通过安规电容和共模电感后来到了由四个二极管组成的桥式整流电路,后面有两个电容,一个是68微法,耐压为400V的大电解电容,它在主要工作职责是滤除低频的杂波,后面又来一个小电容,它的职责是滤除高频的杂波,通过这两关后,就会得到一个比较稳定的310V的直流高压了。
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整流滤波得到稳定的310伏电压会兵分几路继续向前走,其中有一路会进入高频变压器的初级线圈,出来后会进入到MOS开关管的漏极D,此时要是开关管导通,这部分电流会通过源极S,最后会通过取样电阻流入到地GND构成了回路。
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从图上看,开关管的基极是受控于电源管理芯片KA3842的第六脚控制的。这个六脚输出的是可控的方波电压信号,用它来控制开关管的通与断。
这个电源管理芯片如果要启动,就需要给它提供电压。那么310V电源的另一路就会经过一个220K的电阻,我们叫它启动电阻,主要是降压,通过这个电阻后,电压会降到大约16伏。
这个16V的电压,会先给一个叫C11的电容充一下电,当电容上的电压也是16V时,电源管理芯片第七脚也会得到一个16V的电压,这个16V电压为开启电压,这样电源管理芯片就被激活开始工作了。
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KA3842芯片工作后,会在8脚输出5V的基准电压,经过12K的定时电阻R10给定时电容C7进行充电,这样就会在芯片的四脚得到一个锯齿波的电压波形。通过芯片内部的电路处理后会在六脚输出一个方波电压信号。
这个方波信号经过20欧姆的驱动电阻R6后去驱动开关MOS管,开关管导通期间KA3842供电是由电容C11放电提供的,如果电容性能不好有一部分电压还是由起动电阻供给C11,只有开关管截止期间KA3842才由二极管FR104供电并为C11充电。
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开关管导通的时,直流310V会通过高频变压器的初级线圈,这时线圈感应的电压为上正下负,当第六脚输出低电平时,开关管会截止。当开关管截止后,这个初级线圈也会感应出电压,此时它的方向是下正上负。这时绕组上产生的电压和310V的电压进行了叠加,这样会产生一个尖峰电压,为了不使开关管损坏,就会加装一个由电阻R1、电容C1和二极管VD5组成的RCD尖脉冲吸收回路。
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我们知道当高频变压器的初级线圈出现上正下负的电压时,那么它的辅助绕组也会感应出上正下负的电压的。我们从图中可以看出,这个感应出上正下负的电压会经过VD6二极管FR104进行了半波整流。这个得到的脉动直流电也会给100UF电解电容C11进行充电,这样电容上的电压就稳定了,它会给电源管理芯片KA3842的7引脚提供不低于16伏的电压。这也为芯片能持续工作提供了可靠的电源保证。
电源管理芯片KA3842有了稳定的电源以后,就会在6引脚输出脉宽调制方波信号PWM,去驱动开关MOS管,在这个方波的驱使下就会使高频变压器的初级线圈上产生出不断变化的电流来,这样也就产生了不断变化的磁场了,这个变化的磁场会耦合到高频变压器的各个次级线圈上,因此在次级线圈上就感应出了电压。
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次级线圈感应出的电压会从正极输出,经过二极管VD60整流和电容C1进行滤波后输出稳定平滑的电压。我们看到在次级线圈绕组上并联了一个电阻R55和电容C55,它是一个RC吸收电路,主要是吸收反向尖峰干扰波。
在整流和滤波之后还并联一,47K的电阻R45,这是一个假负载的电阻,它的职责是用来稳定输出的电压。在输出电路的尽头,还有一个二极管VD70,它是反倒灌二极管。
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当开关电源输出后,为了使输出的电压稳定,输出电压高低我们是需要进行检测和控制的。因此在输出端会取出一路,经过电阻R16、R19、R17和可调电阻RP1四个电阻串联分压,会在电阻R19和R17之间产生一个电压送给精密稳压器TL431。这个精密稳压器的一脚是参考极,它的电压是稳定在2.5V的,二脚是阳极A,三脚为阴极K。阳极A一般是接地的,从图上看,阴极是接光电耦合器的第二脚,光耦的第一脚经过输出电压以后,再经过一个限流电阻给它供电。
如果这个参考点的电压超过2.5V,那么稳压器的第二脚A和第三脚K就会导通了,导通以后光耦里面的发光二极管就会被点亮了,然后会反馈给里面的光敏三极管,这样光敏三极管也会导通的。这样会导致电源管理芯片KA3842第2脚的电压会升高,相当于告诉芯片,输出端的电压输出高了,需要进行调整了。
芯片接到这个信息后,就会调整芯片内部的占空比,使输出的脉宽变窄,这样开关MOS管的导通时间就会缩短,这样给变压器初级线圈的充电的时间也会变短。最终次级线圈输出的电压就会降下来,这样就完成了控制电压的目的了。
当电压降低以后,电阻R19和R17之间的电压低于2.5伏时,精密稳压器的2脚和3脚之间就会关断,那么光耦里面的发光二极管就会熄灭,从而光敏三极管也就截止了。这样芯片KA3842的2脚电压也会下降,这样会使PWM的脉宽变宽些,使开关的导通时间变长了,变压器的初级绕组能量增多,最终使输出电压增加,就这样通过不断的动态调整,就会在输出端得到一个比较稳定的输出电压了。
这部分电路是开关电源的指示电路,用来指示充电状态的。这部分电路是以运放集成芯片LM358为核心用来控制充电指示灯和风扇电路。
在LM358内部集成了两个放大器,这个运放器的第8引脚是供电引脚,第四引脚是接地引脚。第5脚、6脚和第7引脚是内部的其中一个运算放大器的三个引脚,5脚是正向输入,6脚是反向输入,那么7脚是运放的输出;第1脚、2脚和第3引脚是内部的另一个运算放大器的三个引脚,3脚为正向输入,2脚是反向输入,1脚就是输出了。
这两个放大器是作为一个比较器来使用的,因此它就需要一个基准的比较电压。从电路图看,它的第2脚和第5脚是由电阻R27和电阻R26分压得到的。由于电阻R25上端的电压是由12V稳压管得到一个12V的电压,通过电阻R27和R26,R25串联后,在R25和R27之间嵌入一个IN4148的二极管,这样就把这一点的电压钳位在0.7伏了,也就是说这两个运放的基准电压也就在零点几伏。
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就是这个零点几伏的电压分别送给运放的第5引脚正向输入端和第2引脚反向输入端,作为这两个运放的基准电压。当刚开始给电池充电时,因为此时电池的电压比较低,电流会有点大,就会通过0.35欧姆的取样电阻,再通过电阻R10送给运放的3脚,这是运放的正向输入端。当同向端的电压大于反向端的电压时,那么这运放的第一引脚就会输出高电平。
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这个高电平会通过电阻R34进行限流后,使红色发光二极管LED2点亮,说明此时正在给电池进行充电。同时还有一路,送给NPN三极管2SC2383的基极去控制散热风扇,使风扇转动起来,便于散热。三极管的集电极是通过高频变压器的另一个绕组感应的电压,再通过二极管VD10整流和电容C19滤波后送给风扇的。
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我们看到在三极管的基极位置,还有一路送给了另一个运算放大器的第六引脚,它是另一个运放的反向输入端。当反向端的电压大于6脚端同向端时,第七脚就输出了低电平,这样绿色LED灯就不会亮。
当电池充满电后,输出电压会增高,电流就会减小,在取样电阻上的电压也会随之下降,再通过电阻R10送给正向输入端,当正向输入端小于反向输入端时,运放就会输出低电平,这样红色充电指示灯就会熄灭了,此时散热风扇也会停转。
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这样再把这个低电平反馈给6脚,由于6脚的电压低于5脚的电压,那么7脚就会输出高电平,表示电池充满的绿色指示灯就会点亮了。
这个7脚输出的高单平通过4.7K的电阻R52,再通过稳压二极管V2D2后,又通过两个电阻送给精密稳压器TL431的第一脚。使1脚的电压升高,会使TL431的2脚和3脚导通的程度会增加,使光耦内部的发光二极管变得更亮了,光敏三极管会进一步深入导通。这样电源管理芯片的第二脚电压就会升高,使占空比变低,脉宽会变窄,最后就会使输出电压降低,直至停止充电。
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