LED顯示屏專用開關電源

1 參數:

輸入電源：220V

輸出電源：5V  40A  或 5V  60A

功能：交流220V轉直流5V、 短路保護

 

 

2開關電源的組成

開關電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個主體組成。如果細致劃分，它包括：輸入濾波、輸入整流、開關電路、采樣、基準電源、比較放大、震蕩器、V/F 轉換、基極驅動、輸出整流、輸出濾波電路等。實際的開關電源還要有保護電路、功率因數校正電路、同步整流驅動電路及其它一些輔助電路等。

圖1是開關電源原理框圖：

圖1 開關電源原理框圖

2.1 輸入電路

包括線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路三部分。

作用：把輸入電網交流電源轉化為符合要求的開關電源直流輸入電源。

典型電路如圖2所示：

圖2  輸入電路

該電路包含濾波電路、浪涌電流抑制電路及全波整流電路。

輸入電路各電容C11、C12、C13 用于濾波，濾除高頻噪聲；電抗器L11 用于浪涌抑制；電容C14、C15、C18 用于去耦。輸入220VAC 電壓經過全波整流，產生變換器所需要的直流電壓，及提供控制電路必須的工作電源。

J21 為短路線，TH 為過流電阻，當發生過流時，器件熔斷。

2.2 功率電路基本原理

市電220V的交流電經輸入電路整流濾波后，已變為直流電（帶脈動），從該直流電到輸出之間的電路可簡單等效為一個單管隔離降壓變換器。如圖3所示：

圖3 功率電路基本原理

為防止變壓器T磁飽及快速恢復，原邊使用了簡單的R1C1釋放電路。副邊VD1 整流，VD2 續流，C2去耦，L、C4濾波，R3C3、R4為輔助泄放通路。

當然實際電路比這個要復雜的多，復雜的原因主要是因為加入了保護電路、反饋電路、控制電路等。下面具體講述實際應用的電路。

2.3 變壓器及控制部分供電電路

變壓器周邊電路以及給控制電路供電的電路如圖4所示：

圖4 變壓器及控制部分供電電路

本電路中的變壓器T11就是圖3中的變壓器T，其中1-3繞組為原邊主繞組（即圖3中的N1繞組），6-7繞組為副邊輸出繞組（即圖3中的N2繞組），4-5繞組為原邊輔助繞組，主要給控制電路提供電源。

圖中1-3繞組間的22歐電阻和0.45nf電容為原邊釋放電路。

給控制電路供電部分主要由變壓器的4-5繞組和三極管D1457為主構成。

C31 及5.1歐電阻上面的兩個二極管用于獲得相對穩定的集電極直流偏壓（二極管用來整流，電容C31用來濾波），基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A（由4-5繞組的5邊直接引出，去反饋電路）、C（去電流極限電路）點用于提供其它輔助控制的上偏電源。電源去耦電容（VCC和GND之間的電容）建議為10—47uF，啟動電流不少于300uA。

三極管的發射極下偏置18K 電阻接地。

2.4 所用集成控制芯片簡介

為了簡化設計，控制電路部分我們采用了集成控制芯片：M51995AFP。

M51995A 是MITSUBISHI 公司推出的專門為AC/DC 變換而設計的離線式開關電源初級PWM 控制芯片?？梢灾苯域寗?/span>MOSFET。M51995A 不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應的電流限制功能。它的另一大特點是過流時采用斷續方式工作，具備過流及短路保護功能。關于芯片的具體資料可到網上查詢。

芯片引腳如圖5所示：

圖5 M51995AFP引腳圖

2.5 振蕩電路

控制電路M51995AFP具有高頻振蕩能力，但須外接電阻和電容。具體電路如圖6所示：

圖6 振蕩電路

2.6 電源反饋及過流過壓保護電路

電路如圖7所示：

電源反饋：控制芯片的F/B 端為電源實際輸出反饋端。輸出電壓Vo 經分壓采樣，控制基準電源?；鶞孰娫吹母叩蜎Q定了線性光電耦合器的輸出電流大小。從F/B 端看，IF/B和VOUT是成線性關系的，這樣就實現了電路的反饋調節。

過流保護：由芯片的VF端的來檢測，控制芯片輸出Vout 經過阻容濾波，反饋回VF 端，用于過流保護，它同時從第三邊引出反饋，整流后送VF 端，作用和從Vout 端引出是一樣的。

過壓保護：OVP 為過壓檢測端，它取決于反饋電路中光電流的大小。因為它直接影響光電輸出級的導通程度（Uce），從而直接影響到OVP 電位（VOVP=VCC-IRcRC-Uce）。由后面的輸出電路可以看出，這個保護點取決于一個穩壓管的穩壓值。當輸出電壓高于保護值時，OVP 點電位高于門檻電平750mV，芯片進入保護狀態。

檢測端DET：DET 被用于檢測輸出電壓。如果DET 不接地，則在F/B端電壓超過2.5VDC時，將F/B 電位鉗制在0VDC，從而使得占空比為0，電源處于保護狀態。當它低于2.5VDC 時，電源正常工作。在本電路中DET被直接接地，因此F/B端不受其控制。

圖7 電源反饋和過壓過流保護電路

2.7 電流極限保護

由于隔離變壓器原邊開關管是單向驅動的，所以只做正極限保護即

可。變壓器第三邊繞組單向脈動信號經過二極管整流及RC 濾波，送CLM+端，做為正極限過流保護。負電流極限CLM-端被直接接地，不起作用。

電流極限保護電路如圖8所示:

圖8 電流極限保護電路

常規情況下，CLM＋或CLM－的電壓超過閾值（＋200mV/－200mV）時，過流信號將使輸出截止，并且這個截止狀態持續到下一個周期。下個周期將重新恢復，形成所謂“逐脈沖電流控制”。

2.8 通斷控制電路及熱沉端

ON/OFF 端（7 腳）為低電平時芯片才工作，閾值電壓為2.4V。本電路被直接接地，不進行控制。熱沉端也被直接接地，以獲取較好的熱穩定性。芯片的5、6、15、16 腳內部是短接的，四個熱沉端通過5 腳接地。

相關電路如圖9所示:

圖9 通斷控制電路

2.9開關管驅動電路

電源變換器部分是一個簡單的單開關降壓型隔離變換器。開關管規格：2SK1939（2501），富士電機產品，MOS，N 溝道，電壓600V， 8A，功率100W。

芯片的圖騰柱輸出腳2 驅動MOSFET 管柵極，開關管驅動隔離變壓器原邊繞組1-3，主繞組上并聯的RC 電路用于提供泄放通路。

開關管驅動電路如圖10所示:

圖10 開關管驅動電路

2.10 電源輸出電路

電源輸出電路如圖11所示。

圖11中，整流部分的上面兩個二極管用于整流，下面兩個則用于提供在開關管關斷期間（變壓器沒有輸出）提供濾波電感的續流通路。電感器及電解電容（2200uF，10V）用于濾波，加上兩個二極管的續流作用，可以獲得盡可能連續的電流。

從輸出電路看，這是一個Buck（降壓）式開關電源。實際輸出為5VDC。

電源輸出電壓由光電1、基準電源器件及電位器部分來控制，調節電位器可以在一定范圍內調整輸出電壓。

光電2、穩壓管部分用于獲得反饋OVP 信號，穩壓管的穩壓值決定了OVP 保護動作點。

圖11 電源輸出電路