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空调开关稳压电源电路的工作原理

2021-7-7 18:04| 发布者: 南召修电视| 查看: 50| 评论: 0

摘要: 开关稳压电源电路是很多电器的电源电路普遍采用的供电方式。开关稳压电源电路主要由交流滤波电路、桥式整流滤波电路、软启动电路、开关振荡电路、稳压控制电路、整流稳压滤波电路等组成,如下图所示。1、软启动电路 ...
开关稳压电源电路是很多电器的电源电路普遍采用的供电方式。开关稳压电源电路主要由交流滤波电路、桥式整流滤波电路、软启动电路、开关振荡电路、稳压控制电路、整流稳压滤波电路等组成,如下图所示。

1、软启动电路

开关电源的输入电路大都釆用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流,特别是大功率开关电源,其输入采用较大容量的滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软启动电路,以保证开关电源正常而可靠的运行。

空调器开关电源电路中的软启动电路主要由光电耦合器、启动电容、稳压二极管等组成,如下图所示。

在开机的瞬间,市电经过交流滤波电路、桥式整流滤波电路处理后,变成310V直流电压,加在变压器T01的初级线圈。同时IC01D开关管的第5脚变成高电平,IC01D内部的开关管导通,由变压器和开关管形成的开关振荡电路开始工作,在变压器T01D的次级产生12V直流电压。此电压经过电阻R02D和R01D分压后,加在光耦电合器电合器IC02D、电容C03D和稳压管ZD02D的两端。此时电容C03D开始充电,在电容充电的过程中,光耦电合器电合器IC02D的第2脚电位由低逐渐升高到正常值,使它内部的光敏三极管导通成 都由强逐渐下降到正常,为IC01D的控制端ENABLE(第4脚)提供的电压也是由大逐渐降低到正常,使开关管导通时间由短逐渐延长到正常,至此整个启动过程结束。

软启动电路避免了开机瞬间由于C02D、C05D滤波的作用,不能及时为光耦电合器电合器IC02D提供正常的误差取样信号,导致IC02D不能为IC01D提供正常的控制电压,可能会引起开关管在开机瞬间过激励损坏。

2、开关振荡电路

开关振荡电路主要由开关控制芯片、开关变压器等元器件组成,它的主要作用是通过开关控制芯片输出的矩形脉冲信号,驱动开关管不断地进行开/关,使其处于开关振荡状态,从而使开关变压器的初级线圈产生开关电流,开关变压器处于工作状态,在次级线圈中产生感应电流,再经过处理后输出电压。

开关振荡电路的工作原理如下:

最上图所示电路原理图,从图中可以看出IC01D芯片以TNY255为开关控制芯片,T01为开关变压器。

当交流电源220V经交流滤波电路滤波后,到桥式整流电路(由D01〜D04和C01组成)处理后,转换为310V直流电压,经滤波电容C01滤波后供给开关变压器T01的初级。同时经ZR01和D05D加到开关控制芯片IC01D的第5脚。该集成电路为整个开关电源的核心,内含一个功率MOS管、130kHz的方波发生器及占空比调整电路;输出电压采样及反馈回路由IC02D和ZD02D组成,通过对输出电压12V和5V的联合采样,调节光耦电合器IC02 的输出电流,控制IC01D的第5脚达到调节130kHz的方波发生器的占空比,控制IC01D内部MOS管的导通时间,从而稳定输出电压。

该开关电源为反激式开关电源,当IC01D内部MOS开关管导通时,能量全部存储在开关变压器T01的初级,次级整流二极管D06D未能导通,次级相当于开路,负载由滤波电容提供能量;当IC01D内部的开关管截止时,此时开关变压器T01的初级线圈上的电流在瞬间变成0,初级线圈的电动势为下正上负,而在次级线圈上感应出上正下负的电动势,此时二极管D06D处于导通状态,此时开始输出电压,此电压经过高频滤波电解电容C02D滤波 后得到12V直流电压。

由于在开关控制芯片内部的开关管截止时,开关变压器T01的初级线圈还有电流,为防止随开关开/闭所发生的电压浪涌,电路中设置了由二极管D06D和电容C07D组成的滤波缓冲电路。

3、 稳压控制电路

稳压控制电路在开关电源电路中的主要作用是用来稳定开关电源输出的电压。因为220V交流电是存在变化的,当市电升高时,开关电源电路的开关变压器输出的电压也会随之升高。为了得到稳定的输出电压而设置了稳压控制电路。

空调器电源电路的稳压控制电路主要由光耦电合器电合器、取样电阻和稳压器等组成,如下图所示。

其中,光耦电合器电合器的作用是将开关电源输出电压的误差反馈到开关控制芯片上。它的工作原理就是在光电耦合器输入端加电信号驱动发光二极管,使之发出一定波长的光,被光探测器接受而产生光电流,再经过进一步放大后输出。从而起到输入、输出、隔离的作用。

工作时,直流电压输出的+12V电压经过电阻R01D、R02D分压后,到达稳压器ZD02D及光耦电合器电合器IC02D。使光耦电合器电合器导通,于是12V电压就可以通过光合耦合器和稳压器,使光电耦合器发光,光电耦合器开始工作,完成工作电压的取样。

当变压器的次级输出电压升高时,此时经过电路分压电阻分压输入到稳压器的电压也将升高。同时,使流过光电耦合器内部发光二极管的电流逐渐增大,发光二极管的亮度也逐渐增强,光电耦合器内部的光敏三极管的内阻同时变小,光敏三极管的导通程度也逐渐加强, 最终导致光电耦合器第4脚的输出电流增大。

光电耦合器第4脚电流增大,与之相连接的开关控制芯片的反向输入端电压降低,于是开关控制芯片内部的开关管导通的时间缩短,就会控制开关变压器的次级输出电压降低,从达到降压的目的,整个运行就构成了过电压输出反馈电路,最终实现了稳定输出的作用。

而当直流输出端的电压降低时,流过光电耦合器发光二极管的电流减小,与之相连接的开关控制芯片的反向输入端电压升高,于是开关控制芯片内部的开关管导通的时间增长,就会控制开关变压器的次级输出电压升高,从而达到升压的目的。

4、整流稳压滤波电路

输出端整流稳压滤波电路的作用是将开关变压器次级端线圏输出的电压进行整流与滤波。因为开关变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了潜在的电磁干扰,所以开关变压器输岀的电压必须经过整流滤波处理后,才能再输送给其他电路。

输出端整流稳压滤波电路主要由整流二极管、滤波电容等组成,如下图所示。

当开关变压器T01的次级产生下正上负的感应电动势时,次级上连接的二极管D06D处于截止状态,此时能量被存储起来。当开关变压器T01次级为上正下负的电动势时,变压器次级上连接的整流二极管D06D被导通,然后开始输岀直流电压。

当开关变压器的次级线圈通过整流二极管D06D开始输出12V电压时,12V电压通过由电容C07D滤波电路过滤后,过滤掉因为整流二极管D06D产生的浪涌电压。然后12V 电压再经过电容C02D、C05D构成的滤波电路过滤掉交流干扰信号,再输出纯净的12V 直流电压。

同时,12V直流电压经过稳压器IC03D稳压后,经过滤波电容C08D、C09D滤波后输出5v直流电压。

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