開關(guān)電源基本單元電路分析

第3章開關(guān)電源基本單元電路分析——開關(guān)電源維修技能實(shí)訓(xùn)本章主要內(nèi)容主要內(nèi)容開關(guān)電源的基本單元電路開關(guān)電源特殊電路介紹實(shí)訓(xùn)：熟悉開關(guān)電源的基本單元電路3.1開關(guān)電源的基本單元電路3.1.1開關(guān)電源輸入電路3.1.2開關(guān)電源的啟動(dòng)電路3.1.3開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換電路3.1.4開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路3.1.5開關(guān)電源的保護(hù)電路3.1.1開關(guān)電源輸入電路

開關(guān)電源輸入電路包括交流抗干擾電路、整流電路、濾波電路等三個(gè)基本單元電路，如圖所示。1.交流抗干擾電路

電源輸入端的兩根交流線上同時(shí)存在著共模和差模兩種干擾信號。共模信號是指兩根交流線上接收到的干擾信號，相對于參考點(diǎn)大小相等、方向相同（如電磁感應(yīng)等干擾信號屬于共模信號）；差模信號是指兩根交流線接收到的干擾信號，相對于參考點(diǎn)，大小相等、方向相反(如電網(wǎng)電壓瞬時(shí)波動(dòng)等干擾信號屬于差模信號）。

圖示輸入抗干擾濾波電路中，C1、C2用以濾除差模干擾電壓信號，C4、C5用以濾除共模干擾電壓信號，電感L1、L2稱為共模扼流圈，在一個(gè)閉合高磁道率鐵芯上繞制兩個(gè)繞向相同的線圈，當(dāng)共模電流以相同的方向流過兩個(gè)線圈時(shí)，產(chǎn)生的磁通是相同的，有相互加強(qiáng)的作用，使每一線圈的共模阻抗增高，共模電流大大減弱，對共模電流信號有較強(qiáng)的抑制作用；反之，分析知對差模信號沒有抑制作用。2.輸入整流濾波電路（1）整流電路

開關(guān)電源中輸入部分的工頻整流和濾波電路稱為開關(guān)電源的輸入整流濾波電路，見前圖所示。D1D2D3D4構(gòu)成橋式整流電路，將220V/50Hz的工頻電網(wǎng)電壓或其他的交流正弦波電壓如右圖（a）所示，進(jìn)行全波橋式整流輸出為單向脈動(dòng)直流電壓，如右圖（b）所示，然后經(jīng)電容濾波變成平滑的直電流，給功率變換電路提供輸入電源。提示：對于交流220V輸入的開關(guān)電源，其整流二極管的反向耐壓值應(yīng)為600V，整流二極管的正向電流ID要根據(jù)開關(guān)電源的輸出功率PO和轉(zhuǎn)換效率η的要求來決定。通常在考慮開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率時(shí)，均要留有一定的裕量。一般取η=0.75，整流電路中的整流二極管的正向電流ID的計(jì)算公式為：ID==。（2）濾波電路

電容器和電感器是基本的濾波元件，都可以進(jìn)行濾波，在二極管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存一部分能量，然后再釋放出來，從而得到比較平滑的波形。

前圖中C3就擔(dān)任電容濾波電路作用，通常C3的容量較大，一般為100~200μF，耐壓為輸入交流電壓有效值的2倍以上，通常取耐壓值應(yīng)大于400V。技巧提示：1.電解電容因超過使用壽命期或電解液枯竭失效是造成電路故障的重要原因之一。2.一般，鋁電解電器溫度每升高10℃，壽命便減半，當(dāng)溫度為105℃時(shí)，其工作壽命僅為2000小時(shí)，鋁固體電解電容器Os-Con，相同額定參數(shù)下，比一般鋁電解（液態(tài)電解液）電容器使用壽命要長很多。3.降低濾波電容器的工作電壓對延長電容器工作壽命作用不明顯。3.1.2開關(guān)電源的啟動(dòng)電路

開關(guān)電源其開關(guān)管工作在飽和、截止的開關(guān)狀態(tài)，必須要有一個(gè)激勵(lì)脈沖作用到開關(guān)管的基極，并聯(lián)型開關(guān)電源一般采用他激式電源，這個(gè)脈沖由專門的振蕩電路產(chǎn)生，而振蕩器的工作電壓則由啟動(dòng)電路來提供。一般分為常規(guī)啟動(dòng)和受控式啟動(dòng)兩種電路形式。1.常規(guī)啟動(dòng)電路

開關(guān)電源電路中，常規(guī)啟動(dòng)電路可用如右圖電路形式表示。當(dāng)接通電源后，市電經(jīng)整流、濾波后，得到大約310V的直流電壓，分為二路，一路經(jīng)開關(guān)變壓器的一級繞組送到開關(guān)管的漏極；另一路經(jīng)R1、R2對C1充電，當(dāng)C1兩端電壓達(dá)到一定值時(shí)，則PWM控制芯片的振蕩電路開始工作，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖控制VT1開關(guān)管工作。當(dāng)開關(guān)電源正常工作后，開關(guān)變壓器二次繞組上的感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)VD1整流C1濾波后產(chǎn)生直流電壓，該電壓取代啟動(dòng)電路，為PWM控制芯片的供電端供電。2.受控式啟動(dòng)電路

開關(guān)電源中，受控制式啟動(dòng)電路的基本構(gòu)成形式如右圖所示，和常規(guī)啟動(dòng)電路相比，增加了可控開關(guān)S，這個(gè)可控制開關(guān)S在實(shí)際電路中一般是三極管、場效應(yīng)管或晶閘管等電路，由取自開關(guān)變壓器反饋繞組的反饋信號去控制開關(guān)S的打開與關(guān)閉。開關(guān)S在啟動(dòng)時(shí)接通，啟動(dòng)后斷開，由VD1、C1支路產(chǎn)生的電壓替代啟動(dòng)電路工作。該種電路不僅功耗小且還大大降低了啟動(dòng)電路的故障率。3.1.3開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換電路開關(guān)電源的功率變換電路是開關(guān)電源的核心電路，它由開關(guān)管和開關(guān)變壓器（又稱高頻脈沖變壓器）或電感元件組成，故障率較高，早期用三極管作為開關(guān)管，目前多用場效應(yīng)管作為開關(guān)。1.開關(guān)功率變換電路的類型

功率變換電路的形式有多種，按儲(chǔ)能電感與負(fù)載的連接方式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合型。串聯(lián)型和并聯(lián)型變換電路一般為非隔離型，一般常用于低電壓DC/DC變換其基本結(jié)構(gòu)，變壓器耦合型變換電路為隔離型的，是電子產(chǎn)品電源中最常用類型。

變壓器耦合隔離型變換電路，按功率開關(guān)管的連接方式可簡單劃分為五種：即單端式正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式等，如圖所示。圖（a）~圖(e)變壓器耦合隔離型變換電路：單端式正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式五種。2.各種變換電路性能比較變壓耦合型變換電路的性能比較表電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域單端正激式電路較簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾十瓦到幾百瓦中、小功率電源單端反激式電路簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單僅適合小功率，變壓器單向激磁，利用率低幾瓦到幾十瓦小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、家電產(chǎn)品電源推挽式變壓器雙向激磁，一次側(cè)通態(tài)損耗小，驅(qū)動(dòng)電路簡單有偏磁問題幾百瓦到幾千瓦低輸入電壓電源半橋式變壓器雙向激磁，沒有變壓器偏磁問題，成本較低有直通問題，需要隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百瓦到幾千瓦工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源全橋式變壓器雙向激磁，容易達(dá)到很大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百瓦到幾千瓦大功率工業(yè)用電源，焊接電源，電解電源等3.開關(guān)變換電路的現(xiàn)種工作模式

開關(guān)變換電路有兩種工作方式：（1）一種是電流連續(xù)模式，即變壓器初級開關(guān)電流是從一定幅度開始的，然后上升到峰值，再迅速回零，如圖（a）所示。（2）另一種是電流斷續(xù)模式，即變大器初級開關(guān)電流則是從零開始上升到峰值，隨即再迅速回零，如圖（b）所示。

這兩種模式的主要區(qū)別是在振蕩周期中電感上是否有電流存在。3.1.4開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)都會(huì)導(dǎo)致開關(guān)電源的輸出電壓發(fā)生變化，因此，必須通過穩(wěn)壓電路對開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制，才能達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓電路主要由取樣電路、基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、光電耦合器和脈沖調(diào)制電路等組成。通常，開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路主要有兩種：直接取樣穩(wěn)壓電路和間接取樣穩(wěn)壓電路。1.直接取樣穩(wěn)壓電路

直接取樣電路中，取樣電壓直接取自開關(guān)電源的主電源輸出，通過光電耦合器再反饋到脈沖調(diào)制電路。如圖所示為直接取樣電路的基本結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)點(diǎn)：直接從輸出主電源取樣、安全性好、穩(wěn)壓反應(yīng)迅速、瞬間響應(yīng)時(shí)間短等。因此，這種直接取樣的穩(wěn)壓電路在開關(guān)電源中被廣泛應(yīng)用。2.間接取樣穩(wěn)壓電路

間接取樣穩(wěn)壓電路是在開關(guān)變壓器上專設(shè)一個(gè)取樣繞組，由于取樣繞組和二次繞組采用緊密耦合，所以，取樣繞組被感應(yīng)的脈沖電壓的高低就間接地反映了輸出電壓的高低。如圖所示為間接取樣穩(wěn)壓電路的基本結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)點(diǎn):是電路簡捷。缺點(diǎn):是穩(wěn)壓瞬間響應(yīng)速度差，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化等原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)開關(guān)變壓器的耦合才能反映到取樣繞組，響應(yīng)速度慢。技巧提示：采用間接取樣穩(wěn)壓電路的開關(guān)電源不但穩(wěn)壓響應(yīng)速度差，而且不能空載檢修，檢修時(shí)應(yīng)在電源輸出端接假負(fù)載。3.1.5開關(guān)電源的保護(hù)電路

在開關(guān)電源中，有很多元器件工作在大電壓、大電流條件下，為了保證電源本身和負(fù)載的安全，開關(guān)電源應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路。1.對保護(hù)電路的要求（1）要想軟啟動(dòng)保護(hù)電路起作用，就要保證其延遲時(shí)間一定要大于開關(guān)電源輸入電路中整流和濾波電路的恢復(fù)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間一般是該電路時(shí)間常數(shù)RC的三倍。主要是指整流后的濾波電容的充滿電所需要的時(shí)間。（2）對過流、過壓、欠壓和過熱等保護(hù)電路中的取樣處理、反饋控制和關(guān)斷功率開關(guān)管等過程所用的時(shí)間總和要小于轉(zhuǎn)換周期，即要求這些保護(hù)電路的關(guān)斷控制速度一定要快。只有快才能做到既保護(hù)負(fù)載電路，又保護(hù)開關(guān)電源本身電路免遭破壞。（3）對于過流保護(hù)電路來說，當(dāng)導(dǎo)致產(chǎn)生過流現(xiàn)象的故障被排除后，或過流現(xiàn)象消失后，開關(guān)電源要能夠自動(dòng)恢復(fù)正常工作。（4）對于先進(jìn)的電子設(shè)備中的電源系統(tǒng)，不但要求具有各種保護(hù)電路，而且還要求具有各種保護(hù)狀態(tài)的顯示報(bào)警及自診斷功能。2.保護(hù)電路的種類

開關(guān)電源的保護(hù)主要有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、軟啟動(dòng)保護(hù)電路等。雖然自激式開關(guān)電源電路本身就具備一定的自保功能，一旦負(fù)載電流過大，必然破壞反饋條件，振蕩將因損耗過大而減少或消失，這是該種電源的一大優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際中，僅靠負(fù)載過流破壞振蕩條件被迫停振的保護(hù)是不可靠的，更何況還有許多他激式開關(guān)電源，故需要設(shè)置專門的保護(hù)電路。

在開關(guān)電源中常見的保護(hù)電路的主要作用和功能特點(diǎn)如下：（1）輸出過流保護(hù)電路

輸出過流保護(hù)電路的作用是當(dāng)開關(guān)電源輸出電流超過額定值或負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)能輸出一個(gè)控制信號，控制開關(guān)管的時(shí)間或使其截止停止工作，保護(hù)電源電路自身不受破壞。這種保護(hù)電路的特點(diǎn)是只保護(hù)開關(guān)管自身或電源的一部分，不能保護(hù)供電系統(tǒng)。它又可分為限流式保護(hù)和截止式保護(hù)兩種形式。限流式保護(hù)在過流現(xiàn)象消除后，可自動(dòng)的讓電源恢復(fù)工作；截止式則不能，必須等過流現(xiàn)象消除后再重新啟動(dòng)。

最簡單的輸出過流保護(hù)就是在電源輸出端串聯(lián)相應(yīng)電流值的自動(dòng)恢復(fù)熔絲，當(dāng)輸出電流超過規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)熔絲短路，切斷電源輸出，過流消除后，又可自動(dòng)接通電路。但是動(dòng)作速度較慢，在有些場合不適用。（2）輸出過壓保護(hù)電路

輸出過壓保護(hù)電路的作用是當(dāng)電源的輸出電壓超過所要求的額定電壓值時(shí)能輸出一個(gè)控制信號，使電源中的開關(guān)管立即停止工作，以免使負(fù)載系統(tǒng)因過壓而遭到破壞。這種過壓保護(hù)電路可保護(hù)負(fù)載系統(tǒng)，但不保護(hù)電源自身。

采用穩(wěn)壓值與電源額定輸出電壓值相符的穩(wěn)壓管并接于電源的輸出端是常用的一種過壓保護(hù)電路，當(dāng)輸出電壓超過其穩(wěn)壓值時(shí)穩(wěn)壓管導(dǎo)通，保護(hù)負(fù)載系統(tǒng)不致因過壓而受到破壞。這種形式的過壓保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但不適用在輸出電壓較高和變化范圍較大的開關(guān)電源中使用。（3）輸入過壓保護(hù)電路

輸入過壓保護(hù)電路的作用是當(dāng)開關(guān)電源的輸入電壓超過規(guī)定值時(shí)，切斷輸入電源或使電源中的開關(guān)管停止工作，保護(hù)電源自身不受破壞。

最簡單的輸入過壓保護(hù)就是在電源輸入端并聯(lián)相應(yīng)電壓值的壓敏電阻，當(dāng)輸入電壓超過規(guī)定值時(shí)，壓敏電阻的阻值急劇減小，使熔斷器斷開，切斷輸入電源。（4）欠壓保護(hù)電路

欠壓保護(hù)電路的作用是當(dāng)開關(guān)電源的輸入電壓或輸出電壓低于規(guī)定值時(shí)，使電源中的開關(guān)管停止工作，保護(hù)負(fù)載系統(tǒng)不致因欠壓而受到破壞。

最常用的欠壓保護(hù)電路是采用穩(wěn)壓管與電阻串聯(lián)直接并接于直流輸入端或輸出端，在輸入電壓或輸出電壓正常時(shí)，穩(wěn)壓管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源正常工作，當(dāng)輸入或輸出欠壓時(shí)穩(wěn)壓管截止，因此去控制電路使電源停止工作，達(dá)到負(fù)載系統(tǒng)不致因欠壓而受到破壞的目的。（5）過熱保護(hù)電路

過熱保護(hù)電路的作用是保護(hù)電源開關(guān)中的功率開關(guān)管和續(xù)流二極管，當(dāng)開關(guān)電源滿負(fù)荷工作時(shí)間超長、負(fù)荷超重、功率開關(guān)管或續(xù)流二極管的散熱面積不足、散熱條件變差等原因而導(dǎo)致其溫度迅速上升，并且超過所規(guī)定的最高溫度限制時(shí)，能夠?qū)⒐β书_關(guān)關(guān)斷，而使開關(guān)電源停止工作。（6）軟啟動(dòng)保護(hù)電路

軟啟動(dòng)保護(hù)電路是在開機(jī)的瞬間能夠產(chǎn)生一個(gè)延遲時(shí)間，等開關(guān)電源輸入整流和濾波電路工作穩(wěn)定以后，再讓功率變換電路啟動(dòng)工作的延遲啟動(dòng)電路。這種軟啟動(dòng)保護(hù)電路的保護(hù)有兩個(gè)方面，一方面是在開關(guān)電源輸入端的保險(xiǎn)管和整流二極管，另一方面是負(fù)載系統(tǒng)。由于在開機(jī)加電的瞬間，輸入端的電流經(jīng)保險(xiǎn)管和整流二極管不但要給大容量濾波電容充電，而且還要為功率變換級提供啟動(dòng)電流和負(fù)載系統(tǒng)所需的各種電流。如果沒有開機(jī)軟件啟動(dòng)保護(hù)電路，則在開關(guān)電源開機(jī)加電的瞬間從交流輸入端流過保險(xiǎn)管、整流二極中的電流很大，就會(huì)導(dǎo)致輸入端保險(xiǎn)管、整流二極管被電流擊穿。另外，即使輸入端保險(xiǎn)管、整流二極管沒有被電流擊穿，但由于在開機(jī)上電的瞬間，功率變換級的供電電壓還沒有穩(wěn)定，這時(shí)就開始啟動(dòng)工作，則其次級輸出電壓也將不穩(wěn)定且電壓的數(shù)值為不確定，這會(huì)導(dǎo)致負(fù)載系統(tǒng)工作不正常，嚴(yán)重時(shí)將損壞。常見的兩種軟啟動(dòng)保護(hù)電路：①在開關(guān)電源輸入整流電路后串接一個(gè)具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，是最簡單、最常用的一種開關(guān)軟啟動(dòng)保護(hù)電路,可收到較好的效果。圖（a）電路圖中的HT是一個(gè)負(fù)溫度系統(tǒng)的電阻，剛通電時(shí)，熱敏電阻的溫度低，阻值很大能對瞬間充電電流加以限制。隨著電流通過發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動(dòng)成功后，熱敏電阻阻值很小，功耗降低，所以效果很好。②在輸入回路中接入限流電阻，待啟動(dòng)完成后再將串接的電阻短路，一般采用可控硅管或雙向可控硅管來實(shí)現(xiàn)。圖（b）電路中等待輸出電壓建立后，開關(guān)變壓器次級增設(shè)的一個(gè)繞組中取出脈沖電壓，經(jīng)半波整流后控制可控硅（SCR）的門極，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，使輸入回路中串接的限流電阻R被短路，實(shí)現(xiàn)了輸入電流的軟啟動(dòng)功能。3.2開關(guān)電源特殊電路介紹3.2.1功率因數(shù)校正電路3.2.2消磁電路3.2.3同步整流電路3.2.4倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路3.2.5電源的微處理器控制電路3.2.6防開機(jī)浪涌電流電路3.2.7開關(guān)電源干擾抑制電路

開關(guān)電源除了以上基本單元電路外，有些開關(guān)電源還采用了一些特殊的電路，例如功率因數(shù)校正電路、消磁電路、同步整流電路、倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路、電源的微處理器控制電路、防開機(jī)浪涌電流電路、開關(guān)電源干擾抑制電路等。3.2.1功率因數(shù)校正電路

開關(guān)電源的輸入電路，普遍采用橋式整流和較大容量的電容器濾波，有的有功率因數(shù)校正（PFC）電路，而有的則沒有。對于沒有功率因數(shù)校正（PFC）電路的開關(guān)電源存在這樣的缺點(diǎn)：輸入級整流和大濾波電容產(chǎn)生的嚴(yán)重諧波危害電網(wǎng)正常工作，使輸電線上的線損增加，功率因數(shù)降低，浪費(fèi)電能。加入PFC電路，可以通過適當(dāng)控制電路，不斷調(diào)輸入電流波形使其逼近正弦波并與輸入電壓保持同相，因此，可提高功率因數(shù)，減小電網(wǎng)負(fù)荷，提高輸出功率，并且明顯降低了開關(guān)電源對電網(wǎng)的污染。功率因數(shù)低的主要原因

一是線路中的電壓與電流之間的相位差，二是電流或電壓的波形失真。在開關(guān)電源電路，一般多采用橋式整流和大容量濾波電容實(shí)現(xiàn)AC/DC變換。由于濾波電容的充、放電作用，其兩端的直流電壓波形容易出現(xiàn)細(xì)微的鋸齒波。濾波電容上電壓的最小值與最大值（紋波峰值）相差并不多。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，只有交流線路上電壓瞬時(shí)值高于濾波電容上電壓時(shí)，整流二極管才會(huì)導(dǎo)通；當(dāng)交流線路電壓瞬時(shí)值低于電容上電壓時(shí)，整流二極管因反向而截止。即在交流線路電壓的的第一個(gè)半周期內(nèi)，只是在其峰值附近導(dǎo)通，而這個(gè)導(dǎo)通的角度大約是70℃。雖然交流線路電壓仍基本上保持正弦波形，但是交流線路的電流波形相對于正弦波卻嚴(yán)重畸變，呈現(xiàn)為高幅值的尖峰脈沖。當(dāng)電網(wǎng)為50Hz工頻周交流電時(shí)，一般無PFC電路的開關(guān)電源，其工作時(shí)交流線路電壓和電流的波形可示意表示為如下圖所示。這種畸變的波形，含有大量的諧波成分，是引起功率因數(shù)嚴(yán)重下降的原因。無PFC時(shí)交流線路電壓與電流的波形示意圖2.用無源PFC或有源PFC提高功率因數(shù)（1）無源PFC電路

電路組成：

電路不使用三級管有源器件而由二極管、電阻、電容和電感等無源器件組成，其類型有很多種，比較簡單的電路如圖所示，由3只二極管和2只電容組成。電路原理：

在交流電的正半周，50Hz的交流電壓按正弦規(guī)律由0向峰值Um變化時(shí)，1/4周期內(nèi)，在0＜t<≤5ms期間，橋式整流器中二極管VD2、VD3導(dǎo)通，VD1、VD4截止，電流對電容C1并經(jīng)VD6對C2充電。當(dāng)交流電壓u瞬時(shí)值達(dá)到Um，因?yàn)镃1=C2，所以C1、C2上的電壓相同，均為Um的一半。當(dāng)交流電壓u從峰值開始下降時(shí)，電容C1通過負(fù)載和VD5迅速放電，并且下降的速率比交流電壓按正弦規(guī)律下降快得多，故直到交流電壓u瞬時(shí)值達(dá)到Um的一半之前，VD1、VD3一直導(dǎo)通。當(dāng)u的瞬時(shí)值降至小于Um的一半時(shí)，C2通過VD7和負(fù)載放電。當(dāng)輸入電壓u低于無源PFC電路的直流總線電壓時(shí)，VD2、VD3截止，交流電不能通過整流橋二極管，所以輸入端交流電流i出現(xiàn)死區(qū)。同理可分析交流電的負(fù)半周可得類似的情況。于是可畫出電路增加無源PFC時(shí)，交流電源輸入端總電壓和總電流的波形示意如圖所示。有PFC時(shí)交流線路電壓與電流的波形示意圖

比較“無PFC時(shí)交流線路電壓與電流的波形示意圖”和“有PFC時(shí)交流線路電壓與電流的波形示意圖”以看出，增加PFC電路后，開關(guān)電源輸入輸出端的總電壓和總電流的相位差和波形都得到了減少和改善，因此，功率因數(shù)得到了拉高。提示：上圖無源PFC電路中，選擇C1=C2=10μF時(shí)，線路的功率因數(shù)可達(dá)0.92~0.94。但這種低成本的無源PFC電路的直流輸出電壓紋波較大，質(zhì)量差，一般用于低檔電子產(chǎn)品中，在較高檔的電子產(chǎn)品電源中，通常采用有源PFC電路。（2）有源PFC電路如圖虛線框內(nèi)為有源PFC電路。電路原理：

儲(chǔ)能電感L、場效應(yīng)管功率管VT、二極管VD2構(gòu)成升壓式DC/DC變換器。交流220V輸入經(jīng)整流后由R1、R2分壓送輸入電壓檢測后再送乘法器；VT源極電流經(jīng)輸入電流檢測后也送到乘法器；輸出電壓經(jīng)R3、R4分壓后，送到輸出電壓檢測電路，并經(jīng)與參考電壓比較和誤差放大后也送到乘法器。

在較大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，模擬乘法器的傳輸特性呈線性。當(dāng)正弦波交流輸入電壓從零上升至峰值時(shí)，乘法器將3路輸入信號處理后，輸出相應(yīng)電平去控制PWM比較器的門限值，然后與鋸齒波比較，產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，加到場效應(yīng)功率開關(guān)管VT的柵極，調(diào)整場效應(yīng)管漏、源極導(dǎo)通寬度和時(shí)間，同步跟蹤電網(wǎng)輸入電壓的變化，從而使PFC電路的負(fù)載相對交流電網(wǎng)呈純電阻特性，使流過一次回路感性電流峰值包絡(luò)線緊跟正弦交流輸入電壓變化，因此獲得與電網(wǎng)輸入電壓同頻同向的正弦波電流。3.2.2消磁電路消磁電路的組成

一般由消磁線圈和消磁電阻構(gòu)成。2.消磁原理

開始要給一個(gè)足夠大的磁場強(qiáng)度，然后逐漸減小，直至磁場為零就可以完全消磁。每次開機(jī)時(shí)，由于正溫度系統(tǒng)的熱敏電阻Rt在常溫時(shí)阻值很小，消磁線圈中的電流很大，隨后，由于溫度升高，熱敏電阻的阻值會(huì)急劇增大，導(dǎo)致消磁線圈中的電流很?。s小于0.75mA），其形成的磁場很小，不會(huì)影響電子束的偏轉(zhuǎn)，同時(shí)又維持了熱敏電阻的溫度，反過來又保證了熱敏電阻的高阻值和消磁線圈中的很小電流。（1）自動(dòng)消磁電路

自動(dòng)消磁電路如圖所示，以上消磁電路實(shí)際是在開機(jī)后自動(dòng)完成的，所以又叫自動(dòng)消磁電路消磁電路示意圖熱敏電阻的溫度特性及電流變化（2）受控消磁電路

受控消磁電路按控件方式分為RC延時(shí)型和CPU控制型兩種方式，RC延時(shí)型消磁電路是利用開關(guān)電源起振后產(chǎn)生的直流電壓對消磁控制電路中的RC定時(shí)元件進(jìn)行充電、放電來控制消磁電路的通斷的，通電的時(shí)間由RC時(shí)間常數(shù)來確定，單位是秒。CPU控制型消磁電路的原理是每次開機(jī)或使用OSD菜單手動(dòng)消磁時(shí)，CPU送出一個(gè)控制脈沖給消磁電路，使消磁電路工作一次，這類電路十分簡單。LGFB775C顯示器消磁控制電路原理圖3.2.3同步整流電路1.基本電路及特點(diǎn)

同步整流電路是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET取代整流二極管、降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)。有三個(gè)特點(diǎn)：（1）采用同步整流技術(shù)能夠大大提高開關(guān)電源的效率，因?yàn)椴淮嬖谟尚ぬ鼗O管勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。（2）功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。（3）用功率MOSFET做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，也因此才稱之為同步整流。同步整流基本電路2.工作原理

電路中，VT1及VT2為功率MOSFET，在二次電壓的正半周，VT1導(dǎo)通，VT2關(guān)斷，電壓L儲(chǔ)能，電容C充電，VT1起整流作用；在二次電壓的負(fù)半周，VT1關(guān)斷，VT2導(dǎo)通，電感L上正半周儲(chǔ)存的能量，經(jīng)C及VT2給C充電，VT2起到續(xù)流作用。同步整流電路的功率損耗主要包括VT1及VT2的導(dǎo)通損耗及柵極驅(qū)動(dòng)損耗。當(dāng)開關(guān)頻率低于1MHz時(shí)，導(dǎo)通損耗占主導(dǎo)地位；開關(guān)頻率高于1MHz時(shí)，以柵極驅(qū)動(dòng)損耗為主。3.2.4倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路

電源增加一個(gè)倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路，在110V交流輸入電壓下工作在倍壓整流方式，而在220V交流輸入電壓下工作在橋式整流方式，從而使負(fù)載在110V和220V兩種交流供電情況下都能正常工作，保證開關(guān)電源工作在最佳工作狀態(tài)。

倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路如圖所示。當(dāng)輸入220V交流電壓時(shí)，通過電壓檢測電路使雙向晶閘管V截止，這時(shí)電容C1、C2相串聯(lián)，整流電路為普通橋式整流方式，整流輸出電壓Uo為310V左右的直流電壓。當(dāng)交流輸入電壓為110V時(shí)，通過電壓檢測電路使雙向晶閘管V導(dǎo)通，整流電路工作在倍壓整流方式。2.自動(dòng)切原理1.什么是倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路3.倍壓整流的工作原理

交流電壓的正半周時(shí)，交流Ui+→V1→C1→V→Ui-形成回路，并給電容C1充電；在交流電壓負(fù)半周時(shí)，交流電Ui-→V→C2→V4→Ui+形成回路，并給電容C2充電，這時(shí)的輸出電壓Uo為電容C1、C2上的電壓之和，形成倍壓整流。技巧提示：

倍壓∕橋式整流自動(dòng)切換電路在110V和220V交流輸入電壓下的整流濾波輸出直流電壓相差不大，可確保開關(guān)電源即可工作在較寬的交流電壓范圍，也可使開關(guān)電源工作在比較好的工作狀態(tài)，提高了開關(guān)電源的工作效率和可靠性。設(shè)計(jì)或維修電路時(shí)必須格外注意自動(dòng)切換電路不能正常工作時(shí)，同樣可能引起負(fù)載電路的大面積損壞。3.2.5電源的微處理器控制電路

現(xiàn)代電器設(shè)備都具有微處理器對電源系統(tǒng)的控制功能，這種控制包含正常工作與待機(jī)控制。如彩電或顯示器等設(shè)備電源都至少有正常工作和待機(jī)兩種狀態(tài)。待機(jī)控制電路一2.待機(jī)控制電路二

微處理器在待機(jī)狀態(tài)下輸出的待機(jī)控制信號使主開關(guān)電源停止工作，從而使整機(jī)（如彩電或彩顯）處于無聲、無光的待機(jī)狀態(tài)。這種待機(jī)控制電路的特點(diǎn)是，必須有一個(gè)副開關(guān)電源為微處理器提供+5V電壓。由于在待機(jī)狀態(tài)下主開關(guān)電源完全停振，所以整機(jī)功耗很小，一般只有4W左右。這種待機(jī)控制電路的主、副電源共有一個(gè)整流電路。待機(jī)控制電路二1.待機(jī)控制電路一

微處理器在待機(jī)下輸出高電平使VT1飽和導(dǎo)通、VT2截止，將行振蕩電路的供電電壓切斷，整機(jī)（如彩電或彩顯）處于無聲、無光的待機(jī)狀態(tài)、為了降低待機(jī)狀態(tài)下的整機(jī)功耗，微處理器還要使開關(guān)電源由正常振蕩轉(zhuǎn)為低頻弱振蕩，使+B輸出電壓減小到正常值的1/2，但仍為微處理器控制電路提供+5V電壓。這種待機(jī)控制電路的特點(diǎn)是，整機(jī)必有一個(gè)電源，并且待機(jī)狀態(tài)下整機(jī)功耗較小，所以使用較多。待機(jī)控制電路三4.待機(jī)控制電路四

微處理器輸出的低電平使VT1截止，繼電器K1中的線圈斷電流，繼電器開關(guān)斷開，主電源整流交流輸入被切斷，300V消失，主開關(guān)電源+B無輸出，設(shè)備沒有供電而不工作，電視或顯示器等設(shè)備處于無光無聲待機(jī)狀態(tài)。待機(jī)控制電路四3.待機(jī)控制電路三

微處理器在待機(jī)狀態(tài)下輸出的高電平使VT1飽和導(dǎo)通，繼電器K1線圈得電，線圈的電磁力將交流觸點(diǎn)開關(guān)斷開，將彩電整機(jī)電源切斷。

這種待機(jī)控制電路中，開關(guān)SA既是手動(dòng)推拉交流開關(guān)，又是繼電器開關(guān)，但是進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后，微處理器也就失去了+5V供電，再也不能用遙控器使電視機(jī)恢復(fù)到正常收看狀態(tài)了，故這種待機(jī)又叫交流關(guān)機(jī)控制電路。

在待機(jī)狀態(tài)下，微處理器輸出高電平→VT1飽和→VT2基極被短路而截止→行輸出變壓器相關(guān)連中、高壓電源等電路都停止工作，電視或顯示器無聲、無光進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。這種電路中CPU的+5V供電電源和行輸出所需的+B電源都由同一開關(guān)電源提供，省掉了副電源電路，開關(guān)電源在待機(jī)狀態(tài)下仍能正常工作，但待機(jī)狀態(tài)下有約為10W的較大功耗。5.待機(jī)控制電路五待機(jī)控制電路五3.2.6防開機(jī)浪涌電流電路什么是浪涌電流？在右圖中剛剛開機(jī)瞬間，電容C1上的初始電壓為零，所以C1的起始充電電流很大，等開機(jī)后電路正常后，電流恢復(fù)正常值，這個(gè)瞬間大電流就成為浪涌電流。另外，雷電干擾電網(wǎng)也可造成浪涌電壓和浪涌電流。目前常用的開機(jī)防浪涌電路三種：1.開機(jī)防浪涌晶閘管控制電路

電路組成如右圖，V2是晶閘管，開機(jī)瞬間截止、浪涌電流全部通過R1，開機(jī)后電源正常工作時(shí)，V2工作在導(dǎo)通狀態(tài)，將R1旁路，減少了R1功耗。2.開機(jī)防浪涌繼電器控制電路電路如右圖，剛開機(jī)時(shí)，電源尚沒有正常工作，C2兩端無電壓→VS2截止→VT1截止→K1線圈無電流→K1常開點(diǎn)（開關(guān)）斷開→浪涌電流全部流經(jīng)R1，限流浪涌電流。電源正常工作后→VS2導(dǎo)通→VT1導(dǎo)通→K1常開點(diǎn)（開關(guān)）閉合→R1被短路→R不再消耗功率。3.開機(jī)防浪負(fù)溫度系數(shù)電阻電路如圖輸入抗干擾濾波電路所示，圖中串接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻HT起到了開機(jī)防浪涌電路的功能。工作原理:

開機(jī)瞬間，HT常溫，電阻很大，對開機(jī)浪涌電流起到限制作用；電源正常工作后，HT溫度在浪涌電流和正常電流的作用下很快升高后并維持一定溫度，因?yàn)槭秦?fù)溫度系統(tǒng)，所以HT阻值也會(huì)隨之迅速下降到很小值并維持較小的阻值，減少了電路正常工作時(shí)HT上的功耗。3.2.7開關(guān)電源干擾抑制電路1.產(chǎn)生干擾的因素（1）開關(guān)管開關(guān)工作產(chǎn)生的干擾