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电子游戏机盒式开关电源工作原理

电子游戏机盒式开关电源工作原理

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  此开关电源是目前为通用的大型电子游戏机配套生产的电源。这种电源属于自激调频式开关电源。由于其结构简单,无专用集成组件,便于维修,也适用于无线电爱好者进行改造,可以用于单片机,工业控制器等。
  
  主要技术性能指标:外形尺寸150×100×45mm;输出电压+5V、10A(max),纹波≤50mV;-5V、1A(max)纹波≤100mV;+12V、1A(max)纹波≤100mV;输入电压~220V±30%或~110V±30%(使用110V有较好的隔离作用)。
  
  电路可分为交直流转化电路、高频开关电路、隔离稳压电路、直流稳压电路等几大部份组成。
  
  FUSE为2A保险管。R1为开机瞬间的限流保护电阻,在开机前C1和C3由于容量较大,故在开机瞬间C1和C3迅速充电(此时可近似视为短路),因此在这时有一个很大的电流(比正常工作时大数十倍)通过D12~D15,此电流不仅可损坏D12~D15,也可熔断FUSE,加入R1的目的就是要将这一瞬间的大电流限制在可以允许的范围内。C13、T1、C17、C16、C18组成高频隔离和抗干扰网络,其原理是,当开关电源在正常工作时,Q1开关管集电极的脉冲幅值可达400V-500V,所含谐波很丰富,对于这些高次谐波D12~D15是起不到隔离作用的,如无高频隔离和抗干扰网络的存在,这些高频脉冲就可通过交流220V电源线向外传送和幅射,进入其它电器产生高频干扰。T1串接在交流电源的输入线中,故对输入的50Hz电源来讲呈低阻状态,而对高频信号来讲则必然呈高阻抗,C1电容仅0.1uF,故对50Hz电源来讲基本上是开路状态,而对沿电源线传送的高频信号来说则又是低阻状态,与T1相结合从而使沿电源线传送的高频信号大幅度减小。高次谐波除沿输入电源线向外传送和幅射产生干扰外,还通过主变压器的漏磁及印制板的铜泊向空间辐射。由于本电源外壳是用金属制成的,且金属外壳又是通过FG与C16、C17、C18相联通,这样就可有效隔离从空间向外辐射的高次谐波。同理对外面的高频干扰也能有效隔离而不会进入开关电源内。
  
  D12~D15、S1、C1、C3组成高压整流滤波网络。加入S1拨动开关的主要目的是适应于220V和110V两种不同的电压。

  当电源接通后C1、C3被迅速充电;故电容两端的电压迅速升高,通过R2、R3,使Q1基极电压也升高,当基极电压高于0.7V时Q1由截止变为导通,由于Q1的导通就使主变压器T2线圈中有电流通过,该电流通过磁场隅合到其它线圈,由于感生电动势的原因,此时线圈的感生电压通过另一绕组使Q3截止,Q2也截止,从而使Q1能维持导通。当Q1进入饱和导通后,线圈中的电流也就可达到某一值不再变化,故变压器的的磁通也不再变,因此另一绕组中的阻止其导通增加的感生电动势消失,当电压高到某一值时Q3导通,Q2也导通。使Q1的基极电压迅速下降,一但Q1的基极电压下降,流过线圈中的电流就要减少,随之变压器中的磁通也要减少,此时线圈就要产生一感生电动势来阻止通过的磁通减少,也就是说要在另一绕组产生高电位,这样就更加促使Q3导通,Q2进入深饱和区,从而使Q1完全截止。当Q1进入完全截止后,绕圈中无电流流过,变压器中也无磁通,因此另一绕组的电位也变到“0”V,从而又开始了下一个Q1从导通到截止的循环。D8、C15、R6、R14、C11是削反冲网络,因为当Q1由导通变为载止时,线圈中所储有的能量可能在Q1集电极上产生一比正常开关脉冲高数倍的电压,从而使Q1击穿,由于泄流网络的加入使电感线圈中储备的能量一边通过D8、C15、R6返回电源,一边通过R14、C11到地。D8的加入既可隔离直流高压加到Q1集电极上,又可使返回电源的电流不受阻挡。D4、D5主要是为了保护Q1的be结不被反向电压击穿。因为一般的管子e-b间能受的反向电压都很低,D2、D3加入,使无论何种原因当其在Q1的b极上出现负压均只能被钳在1.4V左右,从而有效的保护了Q1的be结。
  
  过流保护是通过R4、Q4、Q3、Q2来实现的。其原理是当次级端出现过流时,通过Q1的脉冲电流也相应要变大,这样R4上的脉冲电压也要增大,当这一脉冲电压大于某一数值时Q4就导通,Q4的导通显然与电阻R5的大小和负荷电流的大小是成正比例的。当Q4导通时其集电极电流只能从Q3基极分流,当分流电流不太大时,仅只使Q3的导通时间延迟,从而使开关工作频率变慢,故次级输出电压下降,负荷电流减少。一旦负荷出现短路的情况,Q4从Q3基极分流的电流就可使Q3钳在截止状态,使振荡停止,负荷端无输出电压。

  整个电源的稳压过程是通过VR1、R10 和R11 的取样放大与光耦4N35 的隔离控制来实现,具体过程是:当+5V 电压上升时,通过4N35 的电流也变大,因而流入二次端的电流也相应变大,从电原理图中不难看出这仍然要从Q3 基极分流出来,分流的结果使Q3 的导通时间延迟,也就是说开关频率变慢,这就必然导致+5V 电压变小,从而达到稳压的目的。由于+5V 的最大输出电流可达10A,因此在设计中选用了π型滤波,并用较大容量的电解电容,从而使纹波电压有效地控制在50mv 内,加上L1 的目的就是为了控制高频谐波输出。在半桥两端并上R20 与C19 串联电路的目的是因为+5V 负荷不但重且又接有较大的滤波电容,故在开机的瞬间必然要承受一个较大的冲击电流,加入这一串联电路可起到对这一冲击电流分流的目的。
  
  由于是三组直流输出,而稳压控制点又只能选择一路输出电压,故为提高另外二路直流输出的稳压精度,在另两路中串接了7812 和7905 两种三端稳压器。




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