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電路分析:機(jī)器人開關(guān)電源各單元電路結(jié)構(gòu)及原理

來源：上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司 2023年06月26日 10:13

1 不二越電源電路原理圖

該電路實(shí)際上是一個(gè)比較典型的普通PWM開關(guān)電源電路。脈沖寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。

它是一個(gè)正激式隔離開關(guān)電源電路。隔離變壓器包括三個(gè)繞組，第三繞組為芯片提供啟動(dòng)電路電源。

電路使用了簡單的單管結(jié)構(gòu)。開關(guān)管使用了MOSFET器件：2SK1939（2501），N溝道，功率100W。

使用線性光電耦合器從輸出端引回F/B電壓及OVP過壓反饋，F(xiàn)/B電壓基準(zhǔn)為基準(zhǔn)電源器件。同時(shí)引入了過流保護(hù)電路等。

它是一個(gè)非諧振式的變換器，即常規(guī)的硬開關(guān)。

圖1、圖2是經(jīng)過我們測繪后的該電源的原理圖。

電源輸出電壓為5VDC。

下面具體分析各單元電路結(jié)構(gòu)及原理。

2 電路分解分析

該電路包含濾波、浪涌抑制及全波整流電路。

輸入電路各電容C11、C12、C13用于濾波，濾除高頻噪聲；電抗器L11用于浪涌抑制；電容C14、C15、C18用于去耦。

輸入220VAC電壓經(jīng)過全波整流，產(chǎn)生變換器所需的直流電壓，及提供控制電路電源。

TH為過流電阻，當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，器件熔斷。

2.2 啟動(dòng)電路

啟動(dòng)電路是由輸入整流電源提供芯片Vcc電源的電路。可以從隔離變壓器原邊或者第三邊提供。輸出電壓一般為Vcc-2V。

變壓器T11的1、3繞組為原邊主繞組，4、5為輔助繞組，6、7為副邊輸出繞組。電源去耦電容建議為10—47uF，啟動(dòng)電流不少于300uA。

電路由輔助繞組供電，與常規(guī)的芯片啟動(dòng)電路有較大差別。C31及前面的兩個(gè)二極管用于獲得相對穩(wěn)定的集電極直流偏壓，基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A、C點(diǎn)用于提供其它輔助控制的上偏電源。

發(fā)射極下偏置18K電阻實(shí)際上是通過0歐電阻接到芯片7腳，并通過7腳并聯(lián)0歐電阻到5腳（熱沉端）接地的。

Ron：充電電阻，Roff：放電電阻，CF充放電電容。

芯片的上限頻率是500KHz，這是一個(gè)可以通過外部阻容器件設(shè)置頻率的震蕩電路。

2.4 電源反饋比較和鎖存電路

該電路的F/B端為電源實(shí)際輸出反饋端。輸出電壓Vo經(jīng)分壓采樣，控制基準(zhǔn)電源?；鶞?zhǔn)電源的高低決定了線性光電耦合器的輸出電流大小。從F/B端看，IF/B和VOUT是成線性關(guān)系的，這樣就實(shí)現(xiàn)了電路的反饋調(diào)節(jié)。

2.5 過流、過壓保護(hù)電路

（1）VF反饋端：

控制芯片輸出Vout經(jīng)過阻容濾波，反饋回VF端，用于過流保護(hù)。

（2）OVP過壓保護(hù)端：

它取決于反饋電路中光電流的大小。因?yàn)樗苯佑绊懝怆娸敵黾壍膶?dǎo)通程度（Uce），從而直接影響到OVP電位。由后面的輸出電路可以看出，這個(gè)保護(hù)點(diǎn)取決于一個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。當(dāng)輸出電壓高于保護(hù)值時(shí)，OVP點(diǎn)電位高于門檻電平750mV，芯片進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

（3）檢測端DET：

該端被直接接地，因此F/B端不受此點(diǎn)控制。

DET被用于檢測輸出電壓。如果DET不接地，則在它超過2.5VDC時(shí)，將F/B電位鉗制在0VDC，從而使得占空比為0，電源處于保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)它低于2.5VDC時(shí)，電源正常工作。

2.6 電流極限保護(hù)電路

由于隔離變壓器原邊開關(guān)管是單向驅(qū)動(dòng)的，所以只做正極限保護(hù)即可。變壓器第三邊繞組單向脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)過二極管整流及RC濾波，送CLM+端，做為正極限過流保護(hù)。

負(fù)電流極限被直接接地，不起作用。

常規(guī)情況下，CLM＋或CLM－的電壓超過閾值（＋200mV/－200mV）時(shí)，過流信號(hào)將使輸出截止，并且持續(xù)到下一個(gè)周期。下個(gè)周期將重新恢復(fù)，形成所謂“逐脈沖電流控制”。

2.7 通斷控制電路及熱沉端

ON/OFF端（7腳）為低電平時(shí)芯片才工作，閾值電壓為2.4V。本電路被直接接地，不進(jìn)行控制。

熱沉端也被直接接地，以獲取較好的熱穩(wěn)定性。芯片的5、6、15、16腳內(nèi)部是短接的，通過5腳接地。

2.8 斷續(xù)檢測控制電路

本電源CT端（14腳）被接地，即斷續(xù)電路不起作用。

2.9 芯片輸出及隔離電路

電源變換器部分是一個(gè)簡單的單開關(guān)降壓型隔離變換器。

芯片的圖騰柱輸出腳2驅(qū)動(dòng)MOSFET管柵極，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器原邊繞組1-3，主繞組上并聯(lián)的RC電路用于提供泄放通路。

第三邊繞組用于提供啟動(dòng)電源，如前述。

2.10 輸出電路

整流橋的上面兩個(gè)二極管用于整流，下面兩個(gè)用于提供在開關(guān)管關(guān)斷期間電感的續(xù)流通路。電感器及電解電容用于濾波，加上兩個(gè)二極管的續(xù)流作用，可以獲得盡可能連續(xù)的電流。

從輸出電路看，這是一個(gè)Buck（降壓）式開關(guān)電源。實(shí)際輸出為5VDC。

輸出電壓由光電1、基準(zhǔn)電源及電位器控制，調(diào)節(jié)電位器可在一定范圍內(nèi)調(diào)整輸出電壓。

光電2、穩(wěn)壓管部分用于獲得反饋OVP信號(hào)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定了OVP保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)。

2.11 不二越電源的等效變換器電路

這是一個(gè)單管隔離降壓變換器，而且是一個(gè)傳統(tǒng)的硬開關(guān)電路。為防止變壓器磁飽和及快速恢復(fù)，原邊使用了簡單的R1C1釋放電路。副邊VD1整流，VD2續(xù)流，C2去耦，L、C4濾波，R3C3、R4為輔助泄放通路。

3 結(jié)語

由于這類開關(guān)電源在其它設(shè)備上也經(jīng)常用到，因此對它的解析，也有助于我們高效地維護(hù)其它設(shè)備電源，并降低維護(hù)成本，減少停線時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

同時(shí)通過測繪和詳細(xì)的分析過程，也提升了維修人員自主解決復(fù)雜新技術(shù)問題的能力。

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