开关电源精讲精修连载

会员147906

         本帖试图从一较为细致的角度全面讲解开关电源的原理与维修，叫“精讲精修"有点为过，不过对开关电源原理的理解能达到本帖的程度，那修个一般的电源并不是什么难事。之所以”试图“，实乃投右问路，看下大家的反应，如果不喜欢，那就喀嚓，当我什么也没说过。
          言归正传，众所周知：开关电源是把一个直流电压通过电子开关逆变，产生各种需要的电压，比如我们这行接触最多的液晶电源，本本适配器，ATX电源等等。如何从AC220V产生300VDC就不用说了，直接从逆变过程开始，先看个示意图：

登录/注册后看高清大图

   图中K为一个电子开关，就是我们所说的开关管，当然它处于高速开关状态：
   1，当K导通时，300V经L1,K到热地构成回路是，这是一个储能过程，即来自300V的电能以磁能的方式被储存在L1中。这时L1感应电压的极性为上正下负，而L2感应电压极性为上负下正，显然整流管D是截止的。负载RF所需电能由滤波电容C在上一过程中所储存的能量提供。
   2，当K截止时，L1感应电压极性为上负下正，其所储存磁能被互感耦合到L2,在L2中转换为一个上正下负的电压，完成电---磁---电的转换。这时D导通，其输出的能量一方面供给RF,另一方面向C充电补充能量.....
    值得提出的是：在这种单端激励的电源中，能量的输出只有也只能在开关管截止过程中进行，如果在开关管导通储能过程中输出太大能量（小额输出是可以的），那么电源的工作将无法继续。整流管D这在里的作用叫隔离更为贴切，同样，滤波电容C更应理解为储能不滑。
     PS:更多内容如果喜欢方才继续，但请给我时间。

会员147906

      那么如何快速搞定电源故障呢？我们可以按以下思路：
      一，不起振类故障，故障点有以下方面：
       1，先测开关管C对地电阻，如果短路，则一般是开关管OVER了，同时其e所串小电阻也难于幸免。
       2，测一下各组电压输出端对地有无短路，如有，故障点可能是负载，滤波电容或整流管。负载短路时，可能不起振。
       2，首先搞定300VDC,这个太简单了。
       3，启动和正反馈电路，只需要测一下开关管be有一正压即可认为启动正常，而正反馈电路很少出问题。
       4，断开脉宽调整管，正常时电源应有输出，但因不受控，开关管电流过大，保护灯泡会亮。
       如果以上都排除了还不起振，那唯一的可能是开关变压器坏了，但可能性太小了。
     二，输出过高类故障：
       1，短接光耦光电管端两个脚，如果输出为0，则脉宽调整管相关电路OK,否则多为脉宽调整管坏或有开路断线。
        2，短接比较放大管ce,如果输出很低接近0，则光耦以前都OK,故障在比较放大相关电路，否则，光耦坏。
      三，输出过低类故障：
         1，测输出端对地电阻，过低则负载有短路或滤波电容漏电，同时确认滤波电容应OK.
         2,断开脉宽调整管，输出该高，否则检查正反馈电路相关元件，同时确认脉宽调整管应OK.
         3,短接光耦LED两个脚，输出应升高，如果是，故障在比较放大相关电路，否则，光耦坏。
       注意:所谓短接是指在通电状态下用镊子快速短两点，热地端注意防触电哟。如果电路带有保护电路，可先完全断开保护电路，电源正常后再逐一接入（保护电路也可能引起上述故障）。
        上边所说的方法各位可能看不太明白，请对照具体电路，了解我为什么要短哪点，又为什么可以据此判断故障点。反正，这些手法在我手里综合运用，判断一个电源的故障点一般不超过3分钟。

会员147906

它激式电源的核心就是驱动IC,由它产生驱动脉冲推动开关管工作，我们重点关注下驱动IC的关键脚：

登录/注册后看高清大图

     1，启动电压：HV。这个电压是用来启动驱动IC的，使之输出初始驱动脉冲，启动电源。这个电压通常由300VDC经几百K以上的电阻取得，电压一般要在15V以上电源才能启动。值得提出的是，这个脚同时具有欠压保护功能，也就是当它的电压过低时，IC停止输出。
      2，工作电压：VCC。这个电压用于电源启动后供给IC,由工作绕组L2输出的电压经D,C整流滤波产生，这个电压约15V。注意有的IC 中HV 和VCC共用一个脚。
      3,驱动脉冲输出：DRV,这个脚通常通过一几十欧的电阻接开关管G。(由于电源的工作原理不同，自激电源采用三极管作开关管，而它激式电源多采用MOS管。）注意有的电源中开关管G到地之间往往接有一个约10K的电阻R3,这个电阻的作用是在驱动IC输出低电平时迅速放掉开关管G-S分布电容上的电压，使之迅速截止，否则，开关管将因为不能截止而烧毁。当然，很多驱动IC内部都设有这个泄放通道，外部不再接这个电阻。
      4，过流保护端：CS,这个脚常通过一个约1K的电阻R2连接到开关管S极电流取样电阻R4（1欧以下）,当这个脚电压上升到阀值时，驱动IC关闭输出。原理是：假设开关管过流----UR4升高----CS端电压升高---IC停振，实现过流保护。
      5，稳压控制端：FB,这个脚连接光耦，当输出电压达到设计值时，通过比较放大电路使光耦导通，拉低FB端电压，驱动脉冲提前转入低电平，开关管提前截止，实现稳压。当然，有的IC是提高FB端电压使驱动脉冲提前转入低电平，只需要改变光耦连接即可，即光耦光电管c接工作电压VCC,e接FB。比较放大部份和自激电源相似，不在重复。
       还是老话：把握关键！不同的IC引脚功能不同，但这些基本引脚是不变的，至于其它功能脚，可以通过查找PDF轻松解决。掌握了这些要点，维修它激电源是小菜，手上没有原型号IC时要用别的IC改到电源上也很容易。
                                                  （下节看点：它激式电源维修要点）

会员147906

     前面说到必须加入稳压电路去控制自激振荡，电路才能工作。这里我们首先要明白，稳压的前提条件是自由振荡时电源的输出电压必须要高于设计值，因为稳压的动作是单方向的，也就是它是在自由振荡输出电压的基础上把电压降低，使之符合设计值。例如要输出5V的电压，自由振荡时的输出电压必须要高于5V,加入稳压电路，使输出达到5V时立即让开关管提前截止，停止储能，则电压不会再上升而稳定在5V,开关管也不会因电流继续加大而烧毁。如果因为某种原因（比如正反馈系数减小，最常见的是正反馈电容容量过小）自由振荡时输出电压达不到设计值，则这时稳压电路是不工作的，加不加稳压电路输出电压都会过低。
     那么怎么在输出电压达到设计值时让开关管提前截止呢？方法很简单：为开关管的Ib提供一个分流通路，在输出达到设计值时这个通路导通分流使之退出饱和，让开关管立即提前转入截止。如下图：

登录/注册后看高清大图

      三个图中Q1为开关管，Q2就是前边提到的分流通路，叫做脉宽调整管，可以用NPN管，也可以用PNP管实现；可以把Ib分流入地，也可以分流入一个工作负压。其中工作负压是根据需要在电路中设置的一组供给电源自身的电压，当然也可能有工作正压，通常可以由正反馈绕组或单独设置一个工作电压绕组经整流滤波产生，各电源设计有所不同。
    剩下的事就是要检测出输出电压是否达到设计值并将结果用来控制脉宽调整管就OK了，这部份原理下节继续。

会员147906

呵呵，也许这一节讲完就咔嚓了。实话说，感觉多数人习惯了拿着一个原本很简单的问题满世界跪求答案，但要真正学点什么以达到一劳永安逸，是没几个人感兴趣的。
现在我们来看一下自激式电源工作原理：

登录/注册后看高清大图

   先介绍下各元件：
  1,R1:启动电阻，为开关管提供启动电流，使之能启动正反馈电路进入自激振荡。要注意这个电阻的目的是为Q1提供一个初始的Ib,那么它在电路中的接法就是一端接300V,另一端接开关管b。阻值一般在220K以上。把握这样些要点，相信任何一个自激式电源，很容易找到启动电阻。
  2，C1:正反馈电容，在0.1U以下；R2：正反馈电阻，阻值为几十欧；L2:正反馈绕组，是开关变压器的绕组之一。这3个元件一起组成正反馈电路，接法是正反馈电容，正反馈电阻，正反馈绕组串联（串联的顺序在各电源中可能不同），然后并联在开关管的be之间。（注意：开关管e通常会通过一个1欧以下的电流取样电阻接地，分析正反馈回路时忽略此电阻）
  振荡过程：
1，脉冲上升沿：通电时R1为Q提供Ib（300V---R1---be---地），使之导通。L1,L2感应电压极性为上正下负，L3为上负下正（极性问题由各线圈同名端也就是开关变压器的绕制决定）。其中L2感应电压会对C1充电（L2上正---R2---C1充电上负下正---be---地---L2下负），而这个充电电流与原来R1提供的Ib迭加的结果是Ib加大---IL1加大----UL2加大---C1充电电流加大----Ib更大......如此一个正反馈过程，使Q迅速进入饱和。注意这一过程L3的感应电压极性始终是上负下正，D截止，不对外输出能量。否则（比如D击穿），L2在第一过程中可能没有足够高的感应电压对C1充电引起正反馈而使电路停振。
2，脉冲平顶：Q饱和后，L1中的电流必然线性增大，依据电感特性，L2感应电压为一固定值。一个固定的电压对C1充电，显然这个电流是一个由大到小的电流，但只要能够维持Q饱和，则此状态并不改变，形成脉冲平顶。
  3，脉冲下降沿：接前一过程，C1的充电电流持续减小，终会使Q退出饱和进入放大状态。一旦至此，L1中的电流必然开始减小，那么L2中的感应电压立即反向，也就是上负下正。C1下端电压由正转负，依据电容特性，其上端电压也会发生相同变化，不难看出这个电压也就是Q b的电压很快会进入一个很深的负值，Q立即转入截止，形成脉冲下降沿。此过程L3通过D对外输出电能。
  4，间歇阶段：随着L3的放电，电感中储存的磁能必然逐步减小，UL2也同步减小，这时实际加在Q 的be上的电压是UL2（负值）和UC1（正值）的迭加，只要这个迭加值不超过Q的开启电压，则Q维持截止，形成脉冲间歇阶段。
   当L3放电使UL2和UC1的迭加值达到Q的开启电压时，Q会再次导通，进入下一个周期。注意这里Q的再次导通与R1无关，也就是说R1一旦完成启动后就失去了作用，很玄是吗？你试试在自激电源启动后如果断开启动电阻，电源还能正常工作的话，那就很说明问题了。
    至此，自激电源振荡原理结束，但这还不是一个实用的电源，这只是一个自由振荡，如果不用稳压电路来控制它的脉冲宽度的话，一通电，开关管就会因为导通时间过长，C极电流过大而灰飞烟灭。

会员147906

不错不错，感谢各位支持。如有不明白之处，修哥定当尽我所能。

会员147906

     今天，我们详解坛友上传的ACER那个图，AC220V-DC300V这部份仍然忽略，直接从电源开始：
     一，开关管相关：
Q903是开关管，D901,R905,C930组成尖峰脉冲吸收回路。其S极串入FB901,用以抑制高次谐波，R914是其Ids电流取样电阻.
     二，LD7575S相关：
     1，HV:由300VDC经R931,904,938提供。
     2，VCC:开关变压器1-2绕组经R909限流，D902,D903,C906,C907整流滤波产生，这里用了两级，似乎是为了使VCC更干净平稳。
     3，OUT:经R910到Q903 G,R912是GS分布电容放电回路，D904在这的作用是当IC输出低电平时导通，迅速拉低UG,加快开关管关断速度。ZD904是一个箝位电路，限制Ugs可能出现的尖峰干扰脉冲击穿开关管GS.
     4,CS:通过R911连接到 CS端实现过流保护。C909用以吸收高频干扰，防止过流保护误动作，ZD907在这里的用意是保护IC:当开关管击穿时，R914上会出现一个瞬间高电压，ZD907击穿，防止通过CS端窜入IC的电压过高损坏IC.(其实基本起不了作用）
     5,COMP:稳压控制，当这个脚拉低时OUT提前输出低电平，实现稳压。IC902是稳压电路隔离光耦。
     6，RT:通过R913接地，用以设定IC振荡频率。
     7，过压保护，这里有两组：
     A:ZD905连接IC PIN3:过压时，VCC升高----ZD905击穿---CS端电压升高，过流保护动作---实现过压保护。
     B:IC904相关：过压时，VCC升高----ZD906击穿-----R941----IC904取样端电压升高---拉低COMP端电压---稳压电路提前动作实现过压保护。
    三，整流输出：
   这里要先纠正图中的一个错误：

登录/注册后看高清大图

     上图中D909的1脚是连接到变压器7，8脚而不是11，12脚。
     1，7，8绕组经D909,C935,C912整流滤波，再经过L904,C911  LC滤波输出5V。其中R937,936,916,C932,933组成防浪涌电路，保护整流管。
     2，11，12绕组经D908,C936,C904整流滤波，再经过L903,C937  LC滤波输出12V.
    四，稳压电路，图中光耦IC902把LED和光电管画反了。
    1，稳压原理：5V经R925,12V经R923与R924分压，产生取样电压经R922加到431取样脚实现稳压。值得提出的是这里主要是从5V取样，通过R923引入12V的目的是防止灯管不工作时12V因为空载电压过高，出现不良情况。
    2，稳压加速：R927,C919:当5V电压突然升高时，其送入稳压电路的采样电压是经过分压的，这个电压的升高并不如输出电压迅速，使稳压电路响应速度变慢。接入R927,C919，由于C919两端电压不能突变，在5V电压突然升高时，取样电压将同步等量升高，加快稳压电路响应速度。
    3，输出端过压保护：12V经ZD901,5V经ZD902直接加到取样电压端，两组电压中任一组过压，使对应稳压管击穿，取样电压迅速上升，使稳压电路动作，实现输出过压保护。
     实际的电路中，往往加入各种保护电路，我们仍然只需要抓住关键，各种保护电路任你千变万化，工作原理还是一眼便知。维修时万不可忽视保护电路带来的负面作用，应急时也可以断开不用。
     PS:至此，开关电源原理与维修暂告一段落，这只是皮毛而已，要深入还很多很多....至于ATX电源，先说句Sorry,那个可能就不定期也不确定讲解了，见谅。

会员147906

   有了前面的知识，现在我们至少应对ATX电源中的辅助电源是小菜一碟了，我们来看一个电路截图：

登录/注册后看高清大图

   上图是一个长城电源中的辅助电源，起眼一看，这电源似乎不认识了，不是吗？没有脉宽调整管，也没有比较放大，更没有光耦。呵呵，前面说过，学东西要把握关键，举一反三嘛，等会你就明白这个电源其实比我们前边讲的那些要简单得多，因为这个电源要求并不高。
     AC220V输入经D01-D04整流，C01-C02滤波产生300VDC,经限流电阻R80加到开关管V01的C极绕组L1,R82是启动电阻，正反馈元件是R81,C81,L2。启动和振荡原理用前边所学的东西，很容易就明白了，不在我们讨论之列。
     我们注意到在正反馈电容C81的两端并联了一个R85和D83,这两个元件是做什么的呢？它叫做展宽电路，通常就一个二极管或再串联一个小电阻并联在正反馈电容两端。它的作用是提高电源的低压启动性能，原理是如果AC过低，必然导致300VDC过低，那电源启动瞬间正反馈绕组L2的感应电压也过低，可能不足以引起正反馈使电源起振。导致电源在AC过低时不启动或启动困难。加入D83,在电源启动瞬间为正反馈电流提供一个旁路（与正反馈电容充电电流并联），加大开关管Ib，使开关管能顺利进入放大状态而引起正反馈，以改善电源的低压启动性能。注意加有展宽电路的电源其正反馈电容容量通常较小，如果展宽电路开路，引起的故障可能是电源输出过低或带负载能力差。
      C80和R84组成尖峰脉冲吸收回路，防止开关管C极在截止时出现过高脉冲击穿开关管，也可能在开关管C到地之间串接RC元件实现此功能。
      重点来讨论下本电路的稳压原理，这其实是一个很简单的间接取样式稳压电路：正反馈绕组L2的感应电压经D80整流，C82滤波产生一个工作负压。当电源输出过高时，UL2必然也高，那么工作负压也高。注意这个电压是加在D82负端，还有一个ZD1接在开关管b,当工作负压升高到超过ZD1击穿电压时，ZD1击穿,对开关管Ib分流（V01 b--ZD1--D82--工作负压），使开关管V01提前截止实现稳压。很明显，这里从工作负压取样，其实稳定的是工作负压，利用工作负压与两组输出电压之间的固定比例关系，间接实现对输出电压的稳压，这就是所谓的间接取样。由于取样端在热地，就无需冷热地隔离，当然也用不上光耦合.
       L3输出的电压经D29,C26整流滤波，再经过三端稳压器7805产生稳定的5V电压，这就是待机电压5VSB;L4输出的电压经D30,C16整流滤波,产生20V辅助电压，供给主电源驱动IC，以产生驱动脉冲使主电源工作。

会员147906

   负责检测输出电压是否达到设计值并输出控制信号的任务由比较放大器来完成，所谓比较，就是比较输出电压的取样值和基准电压的大小，以判断输出电压的高低；所谓放大，就是将二者的比较误差值放大，以提高控制精度。我们来看一个实例：

登录/注册后看高清大图

    图中Q3及外围电路组成比较放大器，其中D2产生一个基准电压加在Q3 e，加入R2的目的是使基准电压更加稳定。因为稳压管有一个最小稳定电流（一般取10mA），意思是稳压管反向击穿电流大于此值，才能获得最佳稳压精度，加入R2的目的就在于此。当然，在精度要求不高的场合，这个电阻是可以取消的。R3,R4在这里对输出电压取样，取样值送入Q3 b,由Q3完成比较放大。其实也可以简单理解为如果输出电压达到设计值，则Q3导通....很明显改变R3,R4就可以改变输出电压值，这里给出一个输出电压的参考计算公式：U=UD2*(1+R3/R4),其中UD2是D2的稳压值。
   这里用了一个光耦来完成冷热地的隔离，所谓热地，可以理解为连接300V的地，冷地是输出端的地。冷热地的隔离很必要，否则，输出端的地接热地的话，整机会带电打人。当然隔离问题也可以用间接取样的方式由变压器来完成，不过这种方式存在固有软肋，现有电源基本都采用光耦隔离。光耦的工作原理是假设LED端有电流通过，则光电三极管端就导通，因为LED光使内部光电池产生电流注入光电管b.
   好了，现在我们来分析下工作过程：输出电压升高达到设计值---经R3,R4取样---Q3导通---光耦LED发光（输出电压---R1---LED---Q3 ce---D2---地）---光耦导通---调整管Q2导通（Q2 e---b---光耦---地）---Q2对Q1的Ib分流---Q1提前截止停止储能---输出电压不再上升即稳定在设计值。
   当然，大家接触最多的可能是所谓的精密稳压器TL431,其实可以把它理解为一个比较放大器的集成体：

登录/注册后看高清大图

    图中IC1就是TL431,内部带有一个2.5V的基准电压VRef,l输出电压VO2经R1 ,R2取样后送到TL431 R端在内部完成比较放大，当这个取样值达到2.5V时，431的 K到A端导通，光耦N1导通......输出电压的参考计算公式是：VO2=(1+R1/R2)*VRef,其中VRef=2.5V.
    一个开关电源中往往不止一组输出电压，（比如上图中就有VO1,VO2两组），那是不是每组电压都要设一个稳压电路呢？那倒不必，虽然要设也不是没有办法。为什么呢？开关变压器输出绕组的匝数是固定的，那就决定了各组电压之间有一个固定的比例，其中一组稳定，那么其它各组也就稳定了。至于到底从哪组电压取样，基本的设计原则是选择精度要求最高的那组，比如液晶电源中的5V。值得提出的是这个"固定比例“是建立在各组输出电压带有合适负载的前提下，如图中假设VO1是空载，那么测得的电压是偏高的。比如液晶电源通常从5V取样，而15V左右的高压条供电电压在高压条工作与否的情况下电压值是不同的，这一问题在某些情况下是必须重视的。所以，在液晶电源中往往要从高压条供电电压那组接相关元件到取样电路，防止在高压条不工作时这组电压过高，使滤波电容容易怀孕。
    OK,到这里我们已经完整地了解了一个自激式单端反激电源的关键电路，把握关键，任何一个自激式单端反激电源都将不在话下。但是路还很长，一个实用的电源往往会加入一些更为复杂的保护性电路，把握关键，举一反三就看各位的了。

会员5660

班门弄个斧。
自激式电源，通过C1R2L2组成LC式震荡回路，形成自激震荡，促使Q处于导通和截止状态。
Q截止时，RF从L3获取能量并且为C2充电；Q导通时，由Q的C极E极及L1组成回路为L1 充磁。工作原理与单端相同。
有处不明白，貌似L2除了在LC震荡回路启作用，好像还有其他作用。
理论知识还是不行啊，期待楼主更正。
谢谢。

会员147906

   继续。前边说的这种单端反激电源，很明显存在两个问题：
  1，不能输出交流，因为储能期间是不能输出能量的；
  2，负载电流不可能很大，因为有半个周期是靠电容放电来供电的，再说能量输出也只有半个周期。
  那么很容易得出结论：这种电源不能用在需要交流输出的场合，比如电子变压器，镇流器；也不能用在需要大电流输出的场合，比如ATX电源，动辄几十A的电流这种电源是无能为力的。我们来看另一种传说中的半桥式电源：

登录/注册后看高清大图

     本电源中用了两个开关管Q1,Q2,它相当于前边提到的开关，且他们总是轮流导通的。DC300V 经C1,C2串联滤波，静态条件下两个电容各得一个约150V的电压。这里为什么要用两个电容而不用一个呢？呵呵，别急，一会就明白了。现在我们来看下本电路的工作过程：
    1，Q1 导通Q2截止，这时C1放电向C3充电，路径为：C1上正---Q1 ce---L1(从下到上）---C3充电（左负右正）---C1下负。
    2，Q1截止Q2导通，这时C2放电向C3反向充电，路径为：C2上正---C3反向充电（左正右负）---L1(从上到下）Q2 ce---C2下负。
    整个过程可以看出，只要我们设法让Q1,Q2维持交替导通，则L1就不断有交流通过。首先，让L2输出交流供给负载是没问题了，其次，虽然我们在这里接了个二极管D整流，RF实际上仍然只用了半个周期，但能量输出已经不是半个周期而是整个周期了，如果开关频率足够高，且滤波电容C4的容量足够大，要输出大电流是没问题的。
     现在明白ATX电源为什么要用两个滤波电容，两个开关管了吧？当然，小功率和山寨得离谱的电源例外。
     无论哪种电源，开关管总是需要有一个开关脉冲来驱动，使之处于开关状态，就激励方式而言，可以分为两种：
    1，它激式电源，比如绝大多数液晶和本本适配器电源就是这类：

登录/注册后看高清大图

  这种电源中，有一个驱动IC来专门产生开关脉冲用以驱动开关管，具体原理以后再说。
     2，自激式电源，比如ATX电源中的辅助电源：

登录/注册后看高清大图

    图中Q是开关管，那么它的激励信号是怎么来的呢？先简单说一下1既是开关管，同时也参与振荡产生开关脉冲供给自身。那么本电路是怎么工作的呢？且听下回....
    PS:开关电源是一专门技术，要深的话可以说深不可测，我们这里只是讲了一点皮毛。有兴趣的可以跟帖试着分析上图的工作原理，就算有错也不要紧，敢于正视自己不足的人，最终才是大赢家。

会员3240

希望继续,开关电路是基本啊!

会员487837

楼主写的不错，继续！！！

会员638747

楼主继续，加油。很喜欢你的基础讲解。

会员298403

很好，希望不要中断。

会员35306

继续，深入浅出。

会员187488

牛逼啊


楼主不如找ATX电源图来具体说明

会员238982

原理是这样，但是控制开关管在高频开关状态的电路是核心，需要重点讲解

会员489581

搬板凳等下一節

会员85884

搬把椅子 泡壶茶 等待下文 呵呵

会员630235

是每天一讲还是随时有空随时讲？等着看分析，楼主辛苦！

会员5660

别咔嚓啊，话说只讲了10%左右吧，还有好多东西呢。

会员630235

唉~~！刚看出点意思就没了，别停啊{:soso_e109:}

会员209050

就是呢？东西可多着呢

会员579407

不错，楼主辛苦了。讲的很细

会员700923

很好的帖子要继续啊，原理是基础啊，知其然而不知其所以然，问题稍有变化就不知道怎么下手了。