ICEE-Power-开关电源：常用改输出电压的原理 及 元器件作用

固定电压切换为可调电压电路：

输出电压调整，不仅要调整采样比例电阻, 还要解除或调整防止过压保护电路；

而保护电路，不只是输出端有，而且驱动功率管的PWM芯片也可能有；

• 光耦反馈电路:

  • 输出电压(48V)通过2K电阻分压，
  • 经28V稳压二极管(串接2K电阻, 防击穿TL431)，
    • 输出电压小于稳压二极管的耐压时，直接加在光耦上；
    • 输出电压大于稳压二极管的耐压时，稳压管击穿，
      
      经稳压管串接的电阻限流，稳定的拉低电压，起到稳压作用；
      
      一方面可防止光耦与TL431过压; 另一方面削峰输出电压(高于稳压值时);
  • 后串接光耦(并联有分流电阻)， 光耦管输出电压的隔离反馈调整功率管的导通；
  • 到达TL431 以基准电压为参考调整;
  • 注意：
    
    输出电压调整，不仅要调整采样比例电阻, 还要解除或调整防止过压保护电路；
    
    包括以上防止过压的28V稳压二极管，因为输出电压必须小于稳压二极管的耐压，
    
    光耦上才有成比例的输出电压信号。
    • 没稳压二极管时：输出电压可能全部加在光耦上。
    • 有稳压二极管时：输出电压必须大于稳压二极管的耐压，光耦上才有电压。
      
      因为电阻有2V压降，光耦有2V压降，TL431也有一点压降。28V+2V+2V=32V。所以电压到32.7V就不再下降！
    • 是不是把稳压二极管替换成电阻或去掉就能改输出电压？不是！
      
      加一稳压二极管, 是因为防止过压光耦与TL431。
      
      如果没有稳压二极管，输出电压可能加在光耦与TL431上，超过耐压。
    • 正确的改变是: 把28V稳压管换成合适稳压值的，改输出电压就成功！
      
      总之, 目标是解除限制改输出电压！
      
      不改时电压是48V。找个计算好的电阻并联上去，电压只降到32.7V！
      
      即便大幅度减小并联的电阻阻值，电压也不再下降，就是 防止过压/欠压 的保护机制；
      
      包括但不限不限制于：28V稳压二极管串接2K电阻的防止过压保护电路；

• 电压采样调整：首先研究48V电源的电压反馈电路。
  
  明显用的是TL431，2.5V电压基准；
  
  采样电压的电阻是3.3K, 比例分压的电阻68K, 另串有一电位器微调(两三百Ω)，计算时暂且忽略不计。
  
  因为(68K/3.3K+1)*2.5V=54V, 再加上微调, 大概48V。
  
  所以这就是电压采样和反馈电路。

• 改成24V：
  
  首先，在68K电阻上再并联一68K，电压就离24V不远(不是正好24V, 电阻要比68K小一点)；
  
  其次，得调整或解除 过压保护电路；

实际电源电路及其元器件作用：

电源板的正面，默认输出电压是24V，给T12供电时的电流约3A，即输出功率为72W。

电源板的背面。

AC220V输入端首先经过一个3A的保险丝。经过保险丝之后有：

• 0.1uF的安规电容进行滤波。
• 共模电感，用于滤掉共模干扰。
• 型号为KBP310的1kV 3A整流桥，可以将AC220V整流成约310V的电压。
• 整流桥的输出端串联5Ω的NTC热敏电阻(大功率电源并联有继电器短接此NTC);
  
  用于减小电容充电时的尖峰电流，防止电源插头插上时出现火花。
  
  电源正常工作时NTC发热，使得自身电阻减小，以减小功率损耗。
  
  大功率的电源，通常使用继电器来短接NTC，这样可以避免NTC发热，同时提高开关电源的效率
• 电源原来的滤波电容是400V/82uF，自己换成了400V/120uF的规格。
• PWM反激控制芯片为CR6842，左侧是芯片的VCC供电滤波电容。
• 主开关管FQF10N65，耐压为650V，导通电阻<0.68Ω.
• 电流采样电阻0.22Ω,串联在主开关管FQF10N65的S极；
• RCD吸收电路(100kΩ电阻和涤纶电容, 以及RS1M二极管共同组成),
  
  吸收主开关管D极上的尖峰电压，防止尖峰电源过高击穿主开关管。
  
  关于开关电源RCD吸收电路，可参考网上的资料https://zhuanlan.zhihu.com/p/507176425
• Y电容2.2nF, JN222M的 ，Y电容可为一次侧耦合到二次侧的干扰电流提供环路。
• 开关变压器 标记为006724 24V的, 开关变压器二次侧采用三线并绕。
• 光耦, 电压反馈, 型号为PC817的,
• TL431及输出电压取样电阻, (TL431丝印AWW 55)。
  
  将采样比例电阻的R18更换成23.2kΩ的电阻，即可将输出电压从默认的24V修改为28V，可加快T12的加热速度。
• 输出整流快恢复(肖特基)二极管, 标记为MBR20200CT的。
• RC吸收电路(和输出整流管并联), 可吸收整流管两端的反向电压尖峰，
  
  防止电压尖峰超过肖特基二极管的耐压，而导致二极管击穿。
• LC的π型滤波电路：输出端串联的电感，和两个输出滤波电容共同组成。
  
  关于π型滤波电路的原理，可参考网上的资料；
• 【开关电源】PFC电路的作用及其原理)
  1. Rohm罗姆公司的PFC文档: https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/si/s-si/05-s-si/7389
  2. 功率因数是指有功功率与视在功率（总耗电量）的比值。 当功率因数越大，电力利用率越高。
  3. PFC 简介 PFC (Power Factor Correction)又称功率因数矫正, 主要是对输入电流的波形进行控制，使其与输入电压波形同步，提高功率因数，减少谐波含量，是能够解决因容性负载导致电流波形严重畸变而产生的电磁干扰 (EMl)和电磁兼容 (EMC)问题。
  4. 开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间相位差会造成交换功率的损失。
  5. 三种类型交流电负载：
     • 交流电在纯电阻负载上电流和电压相位无偏，即纯电阻是消耗功率**器件；
     • 交流电在纯电容负载上电流超前电压90°；电容是储存功率的器件;
     • 交流电在纯电感负载上电压超前电流90°，电感是储存功率的器件。

准备：

• 测量开关电源的效率，为便于测量输入功率，用交流变频稳压电源来供电。
• 输出端使用电子负载来带载。
• 使用数字万用表来测量输出电压。
• 带载28W~98W，分别记录输入输出参数，计算出的效率如下图。
  
  峰值效率约88.6%，
  
  带载98W之后效率没有明显降低，说明电源可以短时间安全工作在98W输出功率。
• 72W:
  
  72W功率带载5分钟，测到输入端的NTC温度最高，为146℃.
• 98W:
  
  98W功率带载30秒，输入端的NTC温度迅速升高，为144℃.
  
  98W功率带载5分钟，输入端的NTC温度继续升高到172℃.
  
  98W功率带载5分钟，主开关管温度为55℃.
  
  98W功率带载5分钟，开关管变压器温度为70℃.
  
  98W功率带载5分钟，输出整流管温度为71℃.
  
  带载5分钟，输出端1kΩ假负载的温度为68℃.

由于T12烙铁不会一直持续以98W功率加热，因此开关电源发热量的影响不大。

将开关电源的输出电压从24V提升到28V，

T12上的加热功率为(U^2)/R = (28V^2)/8 = 98W，

可实现5秒迅速加热到350℃，使用体验很好。

通过视频截图来看看加热所需的时间。

开机后T12温度为37℃，开始计时。

只过2.4秒，温度就升高到243℃.

经过5.3秒温度达到344℃，已经可以进行焊接。