多路输出开关电源原理分析

马思源

摘要：本文简述了一种多路输出的开关电源的工作原理。着重介绍了输入、半桥逆变与脉宽调制部分电路的组成及电压电流信号在电源内部传递的过程。为未来多路输出的开关电源发展提供了一种清晰的思路，对同类开关电源的设计有一定的借鉴意义。

关键词：开关电源;半桥逆变;脉宽调制;多路输出

1.引言

早期人们为了实现多电源同时供电的需求，往往采取多个单端同时供电，虽然供电的目的实现了，却也面临着如下问题：

①各个开关电源的工作频率如果不统一，会引入拍频干扰;

②被广泛使用的电源，由于当时电源效率不高，带来很大的能源浪费;

③多个电源同时操作，既加大了操作难度，也增加了操作调试时间。

因此，人们才想到使用单个变换器实现多路输出的要求，才有了今天多路输出的开关电源的发展。本文介绍的只是其中一种多路输出开关电源。

2.多路输出开关电源的基本工作原理

（2）原理分析：

此电源采用半桥拓扑结构，主要由输入、半桥逆变及脉宽调制电路和输出三部分组成。

①输入部分

输入部分包括交流整流滤波电路和待机电源电路。

整流滤波电路，其主要功能是将220V的交流电压经过整流滤波变成300V的直流电压。其信号的变化过程是：首先220V交流电压信号经由滤波器Z1先滤除一些杂波信号，再经过保险丝F1和接插件（XP1-XS1）引入电源主板，信号一分为二，其一直接通过插针（XS2）给外部整机提供初步滤波后的220V交流电压信号，其二经由R1、R2组成的二次滤波电路滤除杂波信号，再经过C1、L1、C2、C36、C3、C3组成的三次滤波的CLC（л型）滤波电路进一步滤除高频和低频的一些杂波信号，之后经由V1整流桥堆对滤波后的电压信号进行整流让其变成300V的直流电压。

待机电源电路，其中不仅供给输出，也给脉宽调制器供电。由火零线引入的220V交流电压信号经过T4待机变压器先进行电压变换将电压由220V变换成11V左右交流电压信号，经过桥式整流器V6的全波整流将其转化为15V的直流电压，信号一分为二，其一为PWM脉宽调制器的供电引脚13、15提供15V的直流电压，其二经过V7稳压管的稳压变换将其变化为12V左右的稳定直流电压输出，这就是12VS待机电压的输出原理。

②半桥逆变及脉宽调制电路部分

半桥逆变及脉宽调制电路部分主要包括半桥逆变电路、脉宽调制电路、电压反馈电路。

半桥逆变电路，半桥逆变电路由分压电容C5，C6，开关管V2，V3及高频变压器T1和整流电路组成。输入交流电压220V经整流桥堆V1可得脉动的直流电压，经过高压电容C5，C6与 C7，C8，R4，R5组成的RC串并联滤波电路可得到近310V的直流电压供两只功率管V2，V3工作使用。高频变压器T1接在V2，V3和C5，C6的中点上，电路工作时高频变压器T1的一次绕组（16-15）将得到频率为0.0463Hz的方波电压。（其中方波电压的频率=0.5*f（osc），而f（osc）来自脉宽控制器N1 产生的振荡频率，可由公式f（osc）=1/（CT*（0.7*RT+3*RD））估算，由电路可知CT为C14，RT为R13，RD为R12，将其代入公式可得f（osc）=0.0926Hz，故方波电压频率为0.0463Hz）。R10，C10组成了一次绕组（16-15）的吸收回路，用以吸收T1漏感产生的尖峰脉冲，同时改变V2，V3关断时的伏安特性，从而减少关断损耗。

脉宽调制电路由脉宽控制器芯片（SG3525AN）提供一对相位互补的脉冲（分别由其11脚和14脚输出）交替控制功率开关管的通断，将输入整流滤波后的直流电压变换为交变的脉冲电压，经高频变压器隔离变换，得到所需的电压，再经过开关整流管的全波整流，输出滤波电路平滑成低纹波的直流输出电压。

电压反馈电路主要通过主路的电压反馈来调节脉宽调试芯片的11脚和14脚输出占空比，从而控制功率开关管的工作状态。开机信号通过控制脉宽调制电路完成电源通断。

为了得到稳定的输出电压，还需将主路电压进行取样、比较放大，来控制脉宽调制器芯片的脉冲宽度从而实现电路的稳压功能。当输入电压或负载变化等原因引起电源的输出电压发生变化时，反馈电路将输出电压取样后，与基准电压比较放大，生成误差信号，从而改变脉宽调制器芯片的输出脉宽，维持输出电压稳定。当出现过流、短路等故障时，保护电路动作，封锁脉宽调制器输出，从而关断电源。

③输出部分

输出部分包括隔离变压器的变换电路及次级整流滤波和稳压电路。其主要功能是将隔离变压器的交变电压进行整流滤波后输出。

3.结论

本文综述了一种多路输出的开关电源的输入、半桥逆变和脉宽调制部分的工作原理，为未来多路输出的开关电源发展提供了一种清晰的思路，对同类开关电源的设计有一定的借鉴意义。

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