電路分析：機器人開關電源各單元電路結構及原理

按：這是在自己測試的機器人電源板基礎上，做的解讀。盡管該機型比較老了，但是對開關電源的解讀是相通的，可以供做自動化技術的人參考。

1 不二越電源電路原理圖

該電路實際上是一個比較典型的普通PWM開關電源電路。脈沖寬度的自動調節取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。

它是一個正激式隔離開關電源電路。隔離變壓器包括三個繞組，第三繞組為芯片提供啟動電路電源。

電路使用了最簡單的單管結構。開關管使用了MOSFET器件：2SK1939（2501），N溝道，功率100W。

使用線性光電耦合器從輸出端引回F/B電壓及OVP過壓反饋，F/B電壓基準為基準電源器件。同時引入了過流保護電路等。

它是一個非諧振式的變換器，即常規的硬開關。

圖1、圖2是經過我們測繪后的該電源的原理圖。

電源輸出電壓為5VDC。

下面具體分析各單元電路結構及原理。

圖1：開關電源原理圖（輸入、輸出部分）

圖2：開關電源原理圖（控制電路、變換器部分）

2 電路分解分析

2.1 輸入電路

圖3：不二越電源輸入電路

該電路包含濾波、浪涌抑制及全波整流電路。

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，產生變換器所需的直流電壓，及提供控制電路電源。

TH為過流電阻，當發生過流時，器件熔斷。

2.2 啟動電路

圖4：不二越電源啟動電路

啟動電路是由輸入整流電源提供芯片Vcc電源的電路?？梢詮母綦x變壓器原邊或者第三邊提供。輸出電壓一般為Vcc-2V。

變壓器T11的1、3繞組為原邊主繞組，4、5為輔助繞組，6、7為副邊輸出繞組。電源去耦電容建議為10—47uF，啟動電流不少于300uA。

電路由輔助繞組供電，與常規的芯片啟動電路有較大差別。C31及前面的兩個二極管用于獲得相對穩定的集電極直流偏壓，基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A、C點用于提供其它輔助控制的上偏電源。

發射極下偏置18K電阻實際上是通過0歐電阻接到芯片7腳，并通過7腳并聯0歐電阻到5腳（熱沉端）接地的。

2.3 振蕩電路

圖5：芯片振蕩器外電路

Ron：充電電阻，Roff：放電電阻，CF充放電電容。

芯片的上限頻率是500KHz，這是一個可以通過外部阻容器件設置頻率的震蕩電路。

2.4 電源反饋比較和鎖存電路

下圖是電源反饋部分的比較及鎖存電路。

圖6：電源反饋比較及鎖存電路

該電路的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。

2.5 過流、過壓保護電路

（1）VF反饋端：

控制芯片輸出Vout經過阻容濾波，反饋回VF端，用于過流保護。

（2）OVP過壓保護端：

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。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。

圖7：過流、過壓保護電路

（3）檢測端DET：

該端被直接接地，因此F/B端不受此點控制。

DET被用于檢測輸出電壓。如果DET不接地，則在它超過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。

2.6 電流極限保護電路

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。

負電流極限被直接接地，不起作用。

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”。

2.7 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。

圖9：通斷控制及熱沉端電路

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，通過5腳接地。

2.8 斷續檢測控制電路

本電源CT端（14腳）被接地，即斷續電路不起作用。

2.9 芯片輸出及隔離電路

電源變換器部分是一個簡單的單開關降壓型隔離變換器。

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。

圖10：芯片輸出及隔離電路

第三邊繞組用于提供啟動電源，如前述。

2.10 輸出電路

圖11：輸出電路原理圖

整流橋的上面兩個二極管用于整流，下面兩個用于提供在開關管關斷期間電感的續流通路。電感器及電解電容用于濾波，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。

輸出電壓由光電1、基準電源及電位器控制，調節電位器可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。

2.11 不二越電源的等效變換器電路

綜合上面分析，不二越電源的變換器等效電路如下：

圖12：不二越電源的變換器等效電路

這是一個單管隔離降壓變換器，而且是一個傳統的硬開關電路。為防止變壓器磁飽和及快速恢復，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。

3 結語

由于這類開關電源在其它設備上也經常用到，因此對它的徹底解析，也有助于我們高效地維護其它設備電源，并降低維護成本，減少停線時間，提高生產效率。

同時通過測繪和詳細的分析過程，也提升了維修人員自主解決復雜新技術問題的能力。