41-开关电源典型电路

开关电源电路工作原理与结构解析

引言

本文以UC3842系列芯片为核心，详细解析开关电源电路的基本结构、工作流程及关键技术要点，帮助理解开关电源的工作原理及实际应用中的电路分析方法。

芯片系列

UC38系列、28系列、18系列芯片的核心构造和功能一致，主要差异在于参数精度和应用场景：

• 18系列：精度最高，适用于军工领域。
• 28系列：工业级应用为主。
• 38系列：包括UC3842、3843、3845等型号，主要用于商用或民用场景。
  其中，UC3842与KA3842芯片核心完全一致，8个引脚功能相同，可互换使用。

电路图特点

不同型号（如UC2842、UC3844、UC3842）的开关电源电路大同小异，掌握一种电路即可类比理解其他类似电路。电路图通常包含输入滤波、整流、功率变换、反馈、保护等模块。

电路分区

开关电源电路分为冷地和热地两个区域，通过高频变压器和光耦实现电气隔离：

• 冷地：低压直流输出侧，接地符号通常为三角形。
• 热地：高压交流输入侧，与冷地区域物理隔离，确保安全。

主电路流程

1. 输入保护与滤波

220V交流电输入后，依次经过：

• 保护元件：保险丝（过流保护）、负温度系数电阻（NTC，抑制浪涌电流）。
• EMI滤波器：由X电容（差模电容，抑制差模干扰）、Y电容（共模电容，抑制共模噪音）和共模扼流圈组成，减少电磁干扰。

2. 整流与滤波

• 整流桥：4个二极管组成，将交流电整流为脉动直流。
• 主滤波电容：大电容滤除低频纹波，小电容滤除高频纹波，输出约310V的高压直流（或脉动直流）。
• 可选PFC电路：部分电路在整流桥与滤波电容间增加电感和二极管，构成功率因数校正（PFC）电路，提高电源效率（本电路未包含）。

3. 启动与振荡

• 启动电路：310V直流通过限流电阻给启动电容充电，连接至UC3842的7脚（启动脚），当电压达到16V时芯片启动工作。
• 振荡电路：芯片启动后，5脚接地，4脚外接RC电路形成振荡，产生高频锯齿波，6脚输出高频方波控制MOS管（开关管）的导通与截止。

4. 功率变换与输出

• MOS管控制：6脚方波信号控制MOS管栅极，使开关管周期性导通/截止。
• 变压器能量传递：
  • 导通时：高频变压器初级绕组上正下负，次级绕组因同名端关系二极管截止，无输出。
  • 截止时：初级绕组自感电动势翻转（上负下正），次级绕组二极管导通，经电感和电容组成的PI型滤波电路输出稳定直流（如24V）。
• 辅助供电：变压器副绕组经整流、限流后给7脚提供稳定工作电压（10V），替代启动电路维持芯片运行。

反馈电路

以TL431三端稳压器和光耦为核心的负反馈电路，实现输出电压稳定：

• 当输出电压升高（如24V→26V）：TL431取样端电压升高→导通增强→光耦初级发光二极管亮度增加→次级三极管电流增大→反馈至UC3842的2脚→芯片减小6脚方波导通时间→输出电压降低。
• 当输出电压降低时，流程相反，最终稳定输出电压。

保护电路

1. 限流保护

MOS管源极串联取样电阻，电流过大时，3脚（限流保护脚）电压超过1V，芯片自动截止，保护MOS管和电路。

2. 限压保护

7脚（供电脚）电压超过36V时，芯片触发保护机制，停止工作。

RCD尖峰吸收回路

由电阻（R）、电容（C）、二极管（D）组成，用于吸收开关管截止时变压器初级绕组产生的高压尖峰（可达600V以上），避免击穿开关管，保护电路元件。

关键元件与电路总结

开关电源核心组成包括：

1. 核心芯片：UC3842等PWM控制芯片。
2. 功率器件：MOS管、高频变压器。
3. 反馈模块：TL431、光耦组成的负反馈电路。
4. 保护电路：限流、限压保护。
5. 辅助电路：EMI滤波、整流滤波、PFC（可选）。

结语

理解开关电源电路的流程与原理是电子DIY、研发及维修的基础。实际应用中，需结合电路图分析各模块功能，掌握关键元件作用及信号流向，才能高效排查问题和设计电路。