机器人开关电源各单元电路结构及原理

1 不二越电源电路原理图

该电路实际上是一个比较典型的普通PWM开关电源电路。脉冲宽度的自动调节取决于反馈电平与振荡器三角波的比较。 它是一个正激式隔离开关电源电路。隔离变压器包括三个绕组，第三绕组为芯片提供启动电路电源。 电路使用了最简单的单管结构。开关管使用了MOSFET器件：2SK1939（2501），N沟道，功率100W。 使用线性光电耦合器从输出端引回F/B电压及OVP过压反馈，F/B电压基准为基准电源器件。同时引入了过流保护电路等。 它是一个非谐振式的变换器，即常规的硬开关。 图1、图2是经过我们测绘后的该电源的原理图。 电源输出电压为5VDC。 下面具体分析各单元电路结构及原理。

图1：开关电源原理图（输入、输出部分）

图2：开关电源原理图（控制电路、变换器部分）

2 电路分解分析 2.1 输入电路

图3：不二越电源输入电路

该电路包含滤波、浪涌抑制及全波整流电路。 输入电路各电容C11、C12、C13用于滤波，滤除高频噪声；电抗器L11用于浪涌抑制；电容C14、C15、C18用于去耦。 输入220VAC电压经过全波整流，产生变换器所需的直流电压，及提供控制电路电源。 TH为过流电阻，当发生过流时，器件熔断。

2.2 启动电路

图4：不二越电源启动电路

启动电路是由输入整流电源提供芯片Vcc电源的电路。可以从隔离变压器原边或者第三边提供。输出电压一般为Vcc-2V。 变压器T11的1、3绕组为原边主绕组，4、5为辅助绕组，6、7为副边输出绕组。电源去耦电容建议为10—47uF，启动电流不少于300uA。 电路由辅助绕组供电，与常规的芯片启动电路有较大差别。C31及前面的两个二极管用于获得相对稳定的集电极直流偏压，基极偏置取自输入电路的直流电压。A、C点用于提供其它辅助控制的上偏电源。 发射极下偏置18K电阻实际上是通过0欧电阻接到芯片7脚，并通过7脚并联0欧电阻到5脚（热沉端）接地的。 2.3 振荡电路

图5：芯片振荡器外电路

Ron：充电电阻，Roff：放电电阻，CF充放电电容。 芯片的上限频率是500KHz，这是一个可以通过外部阻容器件设置频率的震荡电路。 2.4 电源反馈比较和锁存电路 下图是电源反馈部分的比较及锁存电路。

图6：电源反馈比较及锁存电路

该电路的F/B端为电源实际输出反馈端。输出电压Vo经分压采样，控制基准电源。基准电源的高低决定了线性光电耦合器的输出电流大小。从F/B端看，IF/B和VOUT是成线性关系的，这样就实现了电路的反馈调节。 2.5 过流、过压保护电路 （1）VF反馈端： 控制芯片输出Vout经过阻容滤波，反馈回VF端，用于过流保护。 （2）OVP过压保护端： 它取决于反馈电路中光电流的大小。因为它直接影响光电输出级的导通程度（Uce），从而直接影响到OVP电位。由后面的输出电路可以看出，这个保护点取决于一个稳压管的稳压值。当输出电压高于保护值时，OVP点电位高于门槛电平750mV，芯片进入保护状态。

图7：过流、过压保护电路

（3）检测端DET： 该端被直接接地，因此F/B端不受此点控制。 DET被用于检测输出电压。如果DET不接地，则在它超过2.5VDC时，将F/B电位钳制在0VDC，从而使得占空比为0，电源处于保护状态。当它低于2.5VDC时，电源正常工作。 2.6 电流极限保护电路 由于隔离变压器原边开关管是单向驱动的，所以只做正极限保护即可。变压器第三边绕组单向脉动信号经过二极管整流及RC滤波，送CLM+端，做为正极限过流保护。 负电流极限被直接接地，不起作用。

图8：电流极限保护电路

常规情况下，CLM＋或CLM－的电压超过阈值（＋200mV/－200mV）时，过流信号将使输出截止，并且持续到下一个周期。下个周期将重新恢复，形成所谓“逐脉冲电流控制”。 2.7 通断控制电路及热沉端 ON/OFF端（7脚）为低电平时芯片才工作，阈值电压为2.4V。本电路被直接接地，不进行控制。

图9：通断控制及热沉端电路

热沉端也被直接接地，以获取较好的热稳定性。芯片的5、6、15、16脚内部是短接的，通过5脚接地。 2.8 断续检测控制电路 本电源CT端（14脚）被接地，即断续电路不起作用。 2.9 芯片输出及隔离电路 电源变换器部分是一个简单的单开关降压型隔离变换器。 芯片的图腾柱输出脚2驱动MOSFET管栅极，开关管驱动隔离变压器原边绕组1-3，主绕组上并联的RC电路用于提供泄放通路。

图10：芯片输出及隔离电路

第三边绕组用于提供启动电源，如前述。 2.10 输出电路

图11：输出电路原理图

整流桥的上面两个二极管用于整流，下面两个用于提供在开关管关断期间电感的续流通路。电感器及电解电容用于滤波，加上两个二极管的续流作用，可以获得尽可能连续的电流。 从输出电路看，这是一个Buck（降压）式开关电源。实际输出为5VDC。 输出电压由光电1、基准电源及电位器控制，调节电位器可在一定范围内调整输出电压。 光电2、稳压管部分用于获得反馈OVP信号，稳压管的稳压值决定了OVP保护动作点。

2.11 不二越电源的等效变换器电路

综合上面分析，不二越电源的变换器等效电路如下：

图12：不二越电源的变换器等效电路

这是一个单管隔离降压变换器，而且是一个传统的硬开关电路。为防止变压器磁饱和及快速恢复，原边使用了简单的R1C1释放电路。副边VD1整流，VD2续流，C2去耦，L、C4滤波，R3C3、R4为辅助泄放通路。 3 结语 由于这类开关电源在其它设备上也经常用到，因此对它的彻底解析，也有助于我们高效地维护其它设备电源，并降低维护成本，减少停线时间，提高生产效率。 同时通过测绘和详细的分析过程，也提升了维修人员自主解决复杂新技术问题的能力。

编辑：黄飞