恒压/恒流输出式开关电源的工作原理是什么？

2022年7月26日20:15:56

下面以7.5V、1A恒压/恒流输出式开关电源为例，其电路如下图所示。它采用一片TOP222Y型开关电源(IC₁)，配PC817A型线性光耦合器(IC₂)。85～256V交流输入电压u经过EMI滤波器(L₂、C₆)、整流桥(BR)和输入滤波电容(C₁)，得到大约为82～375V的直流高压U₁，再通过一次绕组接TOP222Y的漏极。由VD_Z1和VD₁构成的漏极钳位保护电路，能将高频变压器漏感形成的尖峰电压限定在安全范围之内。VD_Z1采用BZX97-C200型瞬态电压抑制器，其钳位电压U_B=200V。VD₁选用UF4005型超快恢复二极管。二次绕组电压经过VD₂、C₂整流滤波后，再通过L₁、L₃滤波，获得+7.5V输出。VD₂采用3A/70V的肖特基二极管。反馈绕组的输出电压经过VD₃、C₄整流滤波后，得到反馈电压U_FB=26V，给光敏三极管提供偏压。C₅为旁路电容，兼作频率补偿电容并决定自动重启动时的频率。R₂为反馈绕组的假负载，空载时能限制反馈电压U_FB不致升高。

该电源有两个控制环路。电压控制环是由1N5234B型6.2V稳压管(VD_Z2)和光耦合器PC817A(IC₂)构成的。其作用是当输出电流较小时令开关电源工作在恒压输出模式，此时VD_Z2上有电流通过，输出电压由VD_Z2的稳压值(U_Z2)和光耦合器中LED的正向压降(U_F)所确定。电流控制环则由晶体管VT₁和VT₂、电流检测电阻R₃、光耦合器IC₂、电阻R₄～R₇、电容C₈构成。其中，R₃专用于检测输出电流值。VT₁采用2N4401型NPN硅晶体管，国产代用型号为3DK4C；VT₂则选2N4403型PNP硅晶体管，可用国产3CK9C代换。R₆、R₅分别用来设定VT₁、VT₂的集电极电流值I_C1、I_C2。R₅还决定电流控制环的直流增益。C₈为频率补偿电容，防止环路产生自激振荡。在刚通电或自动重启动时，瞬态峰值电压可使VT₁导通，现利用R₇对其发射结电流进行限制；R₄的作用是将VT₁的导通电流经VT₂旁路掉，使之不通过R₁。电流控制环的启动过程如下：随着1_O的增大，当Io接近于1A时，U_R3↑→VT；导通→U_R6↑→VT₂导通，由VT₂的集电极给光耦合器提供电流，迫使U_o↓。由于U_o降低，VD_Z2不能被反击穿，其上也不再有电流通过，因此电压控制环开路，开关电源就自动转入恒流模式。C₇为安全电容，能滤除由一次侧、二次侧耦合电容产生的共模干扰。