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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??梢詮母綦x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(duì)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?jí)的導(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(duì)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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