12v開關電源電路圖 12v開關電源原理圖

12V開關電源的基本構成

一個基本的12V開關電源包括輸入電源濾波器、橋式整流器、大電容濾波、直流-直流變換器等部分。

1、輸入電源濾波器

輸入電源濾波器是用來過濾輸入電源的交流干擾的，它包括電容、電感等元器件。它們的組合可以形成諧振回路，從而可以濾掉輸入電源的高頻雜波，保護電路不受高頻干擾的影響。

2、橋式整流器

橋式整流器是用來將輸入電源的交流電轉換為直流電的，它采用四個二極管組成。當輸入電源為正半周時，D1和D4導通，輸出電壓即為正半周的峰值；當輸入電源為負半周時，D2和D3導通，輸出電壓即為負半周的峰值。因此，橋式整流器把輸入電源的交流電轉換為直流電。

3、大電容濾波

在橋式整流器輸出直流電后，使用大容量電解電容對輸出電壓進行濾波，以保證輸出電壓的穩定性。從而得到平滑的DC電壓。

4、直流-直流變換器

直流-直流變換器是12V開關電源的核心部分。它采用開關管和變壓器，并應用PWM技術控制功率變換。通過不同通斷時間比，控制開關管通斷的時間比以控制輸出電壓和電流。變壓器將輸出電壓通過電氣絕緣的方式進行升壓、降壓，絕緣性能良好。

當輸入電源接通時，電壓通過輸入電源濾波器后進入橋式整流器，經過整流濾波后得到平滑的直流電。該直流電作為開關電源的輸出電壓。

開關電源原理圖

12V開關電源電路原理

一、穩流與穩壓工作模式

1、穩流工作模式

當電源處于穩流工作狀態時，電壓環會飽和，其輸出會大于電流給定值，此時電壓環不發揮作用，只有電流環在工作。

這種模式下，輸出電壓可能會隨負載變化而有所波動，但輸出電流被限制在給定范圍內。

2、穩壓工作模式

在穩壓工作狀態下，電壓環會退飽和，電流給定值會大于電壓環的輸出。此時，電流給定運算放大器會飽和，電流給定值不再起作用，電壓環和電流環同時工作，形成雙環控制結構。

這種模式下，輸出電壓被穩定在給定范圍內，同時輸出電流也受到一定限制。

二、高頻逆變技術

12V開關電源采用了高頻逆變技術，其中IGBT作為功率開關器件的全橋拓撲結構被廣泛應用。主電路涵蓋了工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環節以及輸出LC濾波器等多個關鍵組件。

三、軟開關技術

為了提高效率、減小體積并增強可靠性，12V開關電源引入了軟開關技術。該技術利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來實現零電壓軟開關（ZVS）。通過移相控制，超前橋臂在全負載范圍內實現了零電壓軟開關，滯后橋臂在75%以上的負載范圍內也實現了零電壓軟開關。這顯著降低了開關損耗和噪聲。

四、控制電路的設計

控制電路采用了電壓電流雙環結構，其中內環專注于電流控制，外環負責電壓調節。兩環均采用PID調節器。這種設計不僅實現了對輸出電流的有效限制，還顯著提高了輸出的動態響應速度，有助于減小輸出電壓的紋波。

在實際應用中，控制電路還實現了穩壓穩流的自動轉換。當負載變化時，電源能夠自動從穩流模式切換到穩壓模式或從穩壓模式切換到穩流模式，以確保輸出電壓和輸出電流始終在預定的范圍內。

五、其他關鍵組件

1、反饋線圈：與二極管、電容等一起組成穩壓電路，用于調節輸出電壓。

2、過流保護電路：由電阻、二極管和晶體管等組成，用于在電源工作電流過大時保護電源不受損壞。

3、隔直電容：能夠平衡變壓器伏秒值，有效防止偏磁現象的發生。

4、諧振電感：巧妙利用變壓器本身的漏感設計而成，避免過大導致關斷電壓尖峰過高，從而保護開關管并降低關斷損耗。

直流-直流變換器的控制原理

1、控制PWM信號的生成

可以使用IC控制芯片來產生PWM信號。IC控制芯片有多個引腳，其中一個是用來接收開關電源的反饋信號，還有一個是用來控制PWM信號的輸出。當反饋信號與設定值不同，IC控制芯片調整PWM信號，以達到輸出電壓的設定值。這個電路主要是用來控制輸出電壓，使得輸出電壓始終維持在設定的值范圍內。

2、開關管的控制

開關管接在變壓器的一端，負責對電路進行開關操作。當輸入電壓經過變壓處理后，進入開關管的場效應管，從而控制開關管的導通和斷開。因為場效應管響應快速，因此它是控制開關管的一個好選擇。開關頻率一般在20kHz到200kHz之間。

3、變壓器的工作原理

變壓器的原理如下：當通過變壓器輸入的直流電通過管子和電感的交替開關，即磁場的變化是通過電感進行傳輸的。如果在輸入端的電感上與直流電限制組成的磁場發生變化，變壓器的另外一端就會有電壓在變化。因此變壓器可以在輸出端等比例變換電壓，而且能夠進行電氣隔離。