ICEE-Power-開關電源:常用改輸出電壓的原理 及 元器件作用

abaelhe發表於2024-06-13

固定電壓切換為可調電壓電路:
輸出電壓調整,不僅要調整取樣比例電阻, 還要解除或調整防止過壓保護電路
而保護電路,不只是輸出端有,而且驅動功率管的PWM晶片也可能有;

  • 光耦反饋電路:

    • 輸出電壓(48V)透過2K電阻分壓,
    • 28V穩壓二極體(串接2K電阻, 防擊穿TL431)
      • 輸出電壓小於穩壓二極體的耐壓時,直接加在光耦上;
      • 輸出電壓大於穩壓二極體的耐壓時,穩壓管擊穿,
        經穩壓管串接的電阻限流,穩定的拉低電壓,起到穩壓作用;
        一方面可防止光耦與TL431過壓; 另一方面削峰輸出電壓(高於穩壓值時);
    • 後串接光耦(並聯有分流電阻), 光耦管輸出電壓的隔離反饋調整功率管的導通;
    • 到達TL431 以基準電壓為參考調整;
    • 注意:
      輸出電壓調整,不僅要調整取樣比例電阻, 還要解除或調整防止過壓保護電路
      包括以上防止過壓的28V穩壓二極體,因為輸出電壓必須小於穩壓二極體的耐壓,
      光耦上才有成比例的輸出電壓訊號。
      • 沒穩壓二極體時:輸出電壓可能全部加在光耦上。
      • 有穩壓二極體時:輸出電壓必須大於穩壓二極體的耐壓,光耦上才有電壓。
        因為電阻有2V壓降,光耦有2V壓降,TL431也有一點壓降。28V+2V+2V=32V。所以電壓到32.7V就不再下降!
      • 是不是把穩壓二極體替換成電阻或去掉就能改輸出電壓?不是!
        加一穩壓二極體, 是因為防止過壓光耦與TL431。
        如果沒有穩壓二極體,輸出電壓可能加在光耦與TL431上,超過耐壓。
      • 正確的改變是: 把28V穩壓管換成合適穩壓值的,改輸出電壓就成功!
        總之, 目標是解除限制改輸出電壓
        不改時電壓是48V。找個計算好的電阻並聯上去,電壓只降到32.7V!
        即便大幅度減小並聯的電阻阻值,電壓也不再下降,就是 防止過壓/欠壓 的保護機制;
        包括但不限不限制於:28V穩壓二極體串接2K電阻的防止過壓保護電路;
  • 電壓取樣調整:首先研究48V電源的電壓反饋電路。
    明顯用的是TL431,2.5V電壓基準;
    取樣電壓的電阻是3.3K, 比例分壓的電阻68K, 另串有一電位器微調(兩三百Ω),計算時暫且忽略不計。
    因為(68K/3.3K+1)*2.5V=54V, 再加上微調, 大概48V。
    所以這就是電壓取樣和反饋電路。

  • 改成24V:
    首先,在68K電阻上再並聯一68K,電壓就離24V不遠(不是正好24V, 電阻要比68K小一點);
    其次,得調整或解除 過壓保護電路;

實際電源電路及其元器件作用:

電源板的正面,預設輸出電壓是24V,給T12供電時的電流約3A,即輸出功率為72W。
電源板的背面。
AC220V輸入端首先經過一個3A的保險絲。經過保險絲之後有:

  • 0.1uF的安規電容進行濾波。
  • 共模電感,用於濾掉共模干擾。
  • 型號為KBP310的1kV 3A整流橋,可以將AC220V整流成約310V的電壓。
  • 整流橋的輸出端串聯5Ω的NTC熱敏電阻(大功率電源並聯有繼電器短接此NTC);
    用於減小電容充電時的尖峰電流,防止電源插頭插上時出現火花。
    電源正常工作時NTC發熱,使得自身電阻減小,以減小功率損耗。
    大功率的電源,通常使用繼電器來短接NTC,這樣可以避免NTC發熱,同時提高開關電源的效率
  • 電源原來的濾波電容是400V/82uF,自己換成了400V/120uF的規格。
  • PWM反激控制晶片為CR6842,左側是晶片的VCC供電濾波電容。
  • 主開關管FQF10N65,耐壓為650V,導通電阻<0.68Ω.
  • 電流取樣電阻0.22Ω,串聯在主開關管FQF10N65的S極;
  • RCD吸收電路(100kΩ電阻和滌綸電容, 以及RS1M二極體共同組成),
    吸收主開關管D極上的尖峰電壓,防止尖峰電源過高擊穿主開關管。
    關於開關電源RCD吸收電路,可參考網上的資料https://zhuanlan.zhihu.com/p/507176425
  • Y電容2.2nF, JN222M的 ,Y電容可為一次側耦合到二次側的干擾電流提供環路。
  • 開關變壓器 標記為006724 24V的, 開關變壓器二次側採用三線並繞。
  • 光耦, 電壓反饋, 型號為PC817的,
  • TL431及輸出電壓取樣電阻, (TL431絲印AWW 55)。
    將取樣比例電阻的R18更換成23.2kΩ的電阻,即可將輸出電壓從預設的24V修改為28V,可加快T12的加熱速度。
  • 輸出整流快恢復(肖特基)二極體, 標記為MBR20200CT的。
  • RC吸收電路(和輸出整流管並聯), 可吸收整流管兩端的反向電壓尖峰,
    防止電壓尖峰超過肖特基二極體的耐壓,而導致二極體擊穿。
  • LC的π型濾波電路:輸出端串聯的電感,和兩個輸出濾波電容共同組成。
    關於π型濾波電路的原理,可參考網上的資料;

準備:

  • 測量開關電源的效率,為便於測量輸入功率,用交流變頻穩壓電源來供電。
  • 輸出端使用電子負載來帶載。
  • 使用數字萬用表來測量輸出電壓。
  • 帶載28W~98W,分別記錄輸入輸出引數,計算出的效率如下圖。
    峰值效率約88.6%,
    帶載98W之後效率沒有明顯降低,說明電源可以短時間安全工作在98W輸出功率。
  • 72W:
    72W功率帶載5分鐘,測到輸入端的NTC溫度最高,為146℃.
  • 98W:
    98W功率帶載30秒,輸入端的NTC溫度迅速升高,為144℃.
    98W功率帶載5分鐘,輸入端的NTC溫度繼續升高到172℃.
    98W功率帶載5分鐘,主開關管溫度為55℃.
    98W功率帶載5分鐘,開關管變壓器溫度為70℃.
    98W功率帶載5分鐘,輸出整流管溫度為71℃.
    帶載5分鐘,輸出端1kΩ假負載的溫度為68℃.

由於T12烙鐵不會一直持續以98W功率加熱,因此開關電源發熱量的影響不大。
將開關電源的輸出電壓從24V提升到28V,
T12上的加熱功率為(U^2)/R = (28V^2)/8 = 98W,
可實現5秒迅速加熱到350℃,使用體驗很好。

透過影片截圖來看看加熱所需的時間。
開機後T12溫度為37℃,開始計時。
只過2.4秒,溫度就升高到243℃.
經過5.3秒溫度達到344℃,已經可以進行焊接。

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