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KA7500B构成的"明纬"开关电源S-120-12原理及电路分析(有误待勘)

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发表于 2021-9-25 15:22:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jf201006 于 2021-9-28 23:50 编辑

前段时间修了一个 广州铭纬 S–120–12 开关电源:https://www.mydigit.cn/thread-272004-1-1.html后来跑了一下电路,发现这个是通用的,网上有这个“公版”图,稍做修改如下:
12V_KA7500_OK.jpg

我修的这个板号为XT0804,简单分析下,不对之处请指正。

电源情况:主板正面
001 主板正面.jpg

主板背面
002 主板反面.jpg

原理图
image.png

一、启动及辅助供电

01 启动.jpg

(一)启动过程:(关键是C7,启动靠R4、R8)各位,此部分分析有误,请参阅三楼@qrut大婶的回帖,现没有时间更正,抱歉:funk:
1、C7的充电。整流滤波后的300V电压分两路加到Q1的b极和c极:一路是通过R4、R6到Q1的b极,使Q1的be结正偏,Q1导通;另一路是在Q1导通后,从c极到e极,再通过T2的⑼脚到⑺脚,再到T1的⑴脚,从⑵脚出来后对C7充电。此时,T2的⑽、⑼脚感应出⑽正、⑼负的电压,通过C8迅速加到Q1的be结,加速Q1的导通;而在T2的⑻、⑹脚感应出⑻正、⑹负的电压,通过C9迅速加到Q2的be结,使Q2截止。

2、C7的放电。当C7充满时,回路电流下降,T2的⑼、⑺脚产生反极性电压,既⑼负、⑺正,在⑽、⑼脚感应出⑽负、⑼正的电压,通过C8迅速加到Q1的be结,使Q1的截止。而在T2的⑻、⑹脚感应出⑻负、⑹正确的电压,通过C9迅速加到Q2的be结,使Q2导通。C7开始放电,通过T1的⑵、⑴脚、T2的⑺、⑼脚、Q2的ce结到GND进行放电。不考虑市电补充能量的简化图如下:
01 启动简化.jpg

3、自激振荡。当C7放完电后,回路电流下降,T2的⑼、⑺脚产生反极性电压,既⑼正、⑺负,在⑽、⑼脚感应出⑽正、⑼负的电压加到Q1的be结,Q1导通,C7充电。又在T2的⑻、⑹脚感应出⑻正、⑹负的电压,加到Q2的be结,使Q2截止。Q1、Q2轮流导通截止,出现自激振荡。
Q1、Q2的导通与截止完成对C7的充放电,电路处在自激振荡的状态。此时,开关电源有不受控的输出电压。实测本电源约为15V左右,但高频变压器会响的。

(二)辅助供电及输出
自激振荡使得输出高频变压器T1的初极(原边)产生交变电流,次级⒀、⒁脚通过D5、D6整流C12滤波,产生一组直流电压Vaux,为IC1(KA7500B)等提供电源。当IC1得电后,进入工作状态,其PWM输出通过推动管Q3、Q4和激励变压器,使得Q1、Q2的自激振荡变为它激振荡,受控于IC1。其振荡频率为f=1.1/RC=1.1/(R18*C14)=50KHz。
T1的(8/9)(10/11)脚通过D9整流和几个大电容滤波后输出正电位V+。T1的(4/5/6/7)是接在一起的,通过电流采样RJ输出负电位V-。

二、稳压

02 稳压.jpg

KA7500B与TL494工作原理是一样的,脚位也一样,可以直接互换。其内部工作原理不详表,需要知道的是内部的两个误差放大器A1、A2的输出通过“或”的关系后在⑶脚输出的,在分析一个(A1)放大器时假定另一个(A2)是无效输出(输出为低电平)。
IC1内的电压误差放大器A1的两个输入端分别由IC1的⑴、⑵脚引出,⑴脚为同相输入端、⑵脚为反向输入端、⑶脚是输出端。根据KA7500B调脉宽的原理,只有当⑴脚和⑵脚的电位相等时,输出脉宽不变。电路中⑵脚接入参考电压,此电压是由⒁输出的基准电压5V经R19与R20分压而得到的,理论为2.5V。
输出电压的采样电阻为R27、R28、R29和SVR1。SVR1是输出电压的微调电阻。分压后的电平值送到IC1⑴脚。稳压的过程是:当输出电压V+下降时,采样后的分压值下降,IC1的⑴脚电位低于⑵脚电位,⑶脚输出电平下降,使内部的PWM脉宽变宽,从而输出电压V+上升。反之,当V+上升,IC1的⑴电位会高于⑵脚电位,⑶脚电平上升,PWM脉宽变窄,进而使V+下降。

理论计算下SVR1的值:
IC1的⒁输出参考电压为5V,经R19、R20分压,在IC1⑵脚上获得2.5V电压,若要稳定输出,IC1⑴脚上也要保持2.5V。就是说V+的12V经过R27、R28和R29、SVR1分压要产生2.5V。经计算,R29和SVR1的阻值约为1.97K,SVR1应该调到470Ω左右,所以选择1K的电位器,大约调到中间位置。

三、短路保护

03 短路.jpg

这部分电路功能有人说是欠压保护,也有人说是短路保护。个人认为是短路保护。
输出V+经过R34与R35分压,电压值应为2.4V,使Q5导通,其be结被钳位b极在约为0.6V左右。
Q5的导通,使得D10截止。IC1⑷脚上电位就是基准电压经R21与R22、R23分压得到的0.38V。当某种原因使输出短路时,Q5会截止,D10导通,使得IC1⑷脚电位上升,从而封 锁PWM,保护电源不被损坏。
若理解为欠压保护,要使Q5截止,V+约为3.5V,这么低的欠压保护就失去意义了。
C27的存在,是防止电源接入感负载而瞬间保护。

理论计算下延时保护的时间值:
设:V0为C27的初始电压值(就是Q5导通后ce结的电压,理论值为0.3V)。
         Vref为C27充满电的电压值(这里是IC1的基准电压5.0V)。
         Vt为C27经过延时后充到的电压值(就是IC1⑷脚封 锁PWM时,此时⑷脚电位数据表给出为2.5V)。
那么,延时时间T=R36*C27*Ln[(Vref-V0)/(Vref-Vt)],计算出的值约为130ms。
这就意味着接入的感性负载(如电机),如果启动电流小于10A,启动时间小于130毫秒,都是没有问题的。


四、过流保护

04 过流.jpg

分析前提是IC内部误差放大器A1是无效输出(输出为低电平),单独对A2时行分析。根据参考点不同有两种分析思路:
以⒂脚为参考点:由于⒂脚的电位是由Vref经R31及R32分压而来的,约为30.8mV,作为参考电位。⒃脚接到输出V-,通过RJ进行电流采样。分析方法与A1类似,正常情况下,电源的输出电流经过负载后,从V-端经RJ流回到调频变压器,当电流较小时,RJ两端产生的压降较小,V-端电位抬高的电位小于30.8mV。此时,同相输入端⒃脚电位小于反相输入端⒂脚的电位,内部放大器输出为低电平,由于内部“或”的关系,输出的低电平不起作用;当有过流发生时,RJ两端产生的压降较大,V-端电位抬高的电位大于30.8mV。此时,同相输入端⒃脚电位大于反相输入端⒂脚的电位,内部放大器输出为高电平,作用到IC1的⑶脚,其电平上升,PWM脉宽变窄,电流下降,这个电流的下降其实就是输出电压的下降,流过负载的电流下降,直到⒃脚的电位与⒂脚的电位相等时,达到稳定,也就是稳定到额定电流值。

以⒃脚电位为参考时行分析:同相输入端⒃脚接输出V-为参考电位,反相输入央⒂脚的电位是由Vref经R31及R32分压,约为30.8mV,高于⒃脚的电位,内部放大器A2输出为低电平,由于内部的“或”关系,对IC1的⑶脚不产生影响;当有过流发生时,采样电阻RJ的压降增大,使得高频变压器的“地”电位下降,由于Vref是固定是,分压后的电位也随之下降,在电位下降到0V以下时,反相输入端⒂脚的电位会小于同相输入端⒃脚的电位,放大器输出高电平,作用到IC1的⑶脚,其电平上升,PWM脉宽变窄,输出电压下降,流过负载的电流下降。在⒂脚的电位会等于⒃脚的电位时,停止调整,达到稳定。

理论计算下采样电阻(康铜丝)的大小:
电源标称额定电流为10A,Vref为5V,经R31、R32分压后送入IC1⒂的电位约为30.8mV。
RJ=U/I=33.8/10=3.08mΩ。
实际电路中使用了两根康铜丝并联,每根的阻值应为6.16mΩ。


五、过压保护

这部分的功能在电源上是省略的。
05 过压.jpg
过压保护与短路保护相似,都是利用控制IC1⑷脚的电位来实现的。
假设电源设计为超过15V保护,那么ZD3的稳压值取15V。正常时,ZD3不导通,Q6的be结无电位差,不导通,Q7的eb结也无电位差,不导通,与没有安装这些元件是一样的。当因某种原因使输出V+超过15V时,ZD3导通,Q6因be得电而导通,R39、R38为Q7提供导通条件,Q7导通后,相当于将IC1⒁脚与⑷短路起来,⑷脚电位被抬高,从而封 锁PWM,达到过压保护的目的。


六、推动

06 推动.jpg
这个没有什么好分析的了,就几个元件说明下:
ZD1、ZD2是保护Q3、Q4的。D7、D8是为了抬高Q3、Q4的b极电位的,保证其能可靠截止。C13是提高电路的瞬态响应的。
这个没有什么好分析的了,就几个元件说明下:
ZD1、ZD2是保护Q3、Q4的。D7、D8是为了抬高Q3、Q4的b极电位的,保证其能可靠截止。C13是提高电路的瞬态响应的。
rt.png
TL494手册中可以查到,其⑻、⑾脚最低电平为1.1-1.3V,为保证Q3、Q4可靠截止,增加两个二极管,将其b极电位抬高到2V左右,这样在⑻、⑾脚输出低电平是就能顺利截止了。

七、输出

D9整流、L1和几个电容进行滤波。R25、C17和R24、C16保护D9,防止反峰损坏。

八、实测数据

image.png
image.png
image.png

进行过流测试时,将10A的额定值改为了1.7A,原因是手上没有负载仪,二一个是裸板测试没有大的散热片。
image.png


KA7500B/TL494开关电源PDF电路图:
KA7500B开关电源_2021-09-22.pdf (128.21 KB, 下载次数: 152)


路过就伸出小手点个赞:titter:


楼下放几个波形图




补充内容 (2021-10-15 11:51):
勘误另有一贴
对称半桥开关电源的自激启动
https://www.mydigit.cn/thread-280288-1-1.html


补充内容 (2021-10-16 18:14):
正常工作时,几个点的实测波形有55楼
https://www.mydigit.cn/forum.php ... 28&pid=10856633

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本帖被以下淘专辑推荐:

 楼主| 发表于 2021-9-25 15:23:09 | 显示全部楼层
说明下:一是示波器是借来的,不太会用;二是手机拍照,不太清楚。


一、基本情况
KB7500的5脚锯齿波形,50KHz,与计算相符

空载5脚波形

空载5脚波形


12V空载时,7500的8脚波形(与11脚相似,所以没有测量)的负脉冲。

空载8脚波形

空载8脚波形


放大是一个方波

空载8脚波形放大

空载8脚波形放大


5、8脚的波形,8脚频率降了一半

5、8脚复合波形

5、8脚复合波形


测量时,就近取“地”。若“地”取输出V-,则波形有干扰。
007 测试照片.jpg


放大情况,(以下测量中,通道A测量5脚,通道B测量8脚)
008 5、8脚复合波形.jpg

二、过流保护


设定1.7A保护
010 过流1.7A.jpg

5、8脚波形(相对于空载,脉冲宽度增加了)
011 过流波形.jpg

012 过流波形2.jpg

测试用的是大功率电阻
013 过流测试照片.jpg


三、短路保护


短路后有300mA的电流
014 短路300mA.jpg

波形
016 短路波形2.jpg

放大情况
017 短路小型3.jpg
018 短路波形4.jpg

四、短路保护时间


通道A是5脚波形,通道B是C27的电位变化
021 短路保护时间2.jpg

抓了两张(都是百毫秒级的)
022 短路保护时间4.jpg

保护解除时间很短(下降沿很陡)
024 短路解除时间.jpg

五、12V时,空载和带载时的波形


空载
030 12V空载输出波形.jpg

输出1.7A时
031 12V1.7A时输出波形.jpg

推动输出的波形(Q3、Q4的c极波形)是反相的,正脉冲。
032 12V1.7A时推动输出波形.jpg


六、输出电压高低的波形


10V时
033 10V时输出波形.jpg

14.88V时,脉宽加宽了。
034 14.88V时输出波形.jpg


七、空载自激振荡波形


测试条件:短路C12(辅助电源),测C3、C4的C极(自激振荡的感应电压)。
040 空载推动输出波形.jpg

放大
041 空载自激振荡波形.jpg


再放大就乱了
042 空载自激振荡波形2.jpg
043 空载自激振荡波形3.jpg
044 空载自激振荡波形4.jpg


OVER
谢谢观赏!




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kkdkj + 20 謝謝分享!乍一看跟494电路一样呀.

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发表于 2021-9-25 17:28:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 qrut 于 2021-9-25 17:32 编辑

不错介绍的很详细,就是启动过程q1的截止靠的不是c2的充电使电流减小发生翻转,而是依靠t2推动变压器7,9绕组正反馈使q1饱和励磁电流电流不再增加,t1初级绕组和t2 7.9绕组去磁产生反电动势极性反转。c2的作用是平衡c5c6的电压使两组电压尽量一致,也叫平衡电容。7,9绕组还起到动态调整推动变压器电流的作用,负载增加t1初级绕组电流增大两颗开关管ce电流增大,需要更大的基极驱动电流使q1 q2充分饱和,负载增大t2 7,9绕组电流随之增大使t2 6,8或9,10绕组互感电压增大使q1 或q2 基极电流增大,从而使三极管充分饱和~
哦c2笔误应为c7

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 楼主| 发表于 2021-9-25 17:35:59 | 显示全部楼层
qrut 发表于 2021-9-25 17:28
不错介绍的很详细,就是启动过程q1的截止靠的不是c2的充电使电流减小发生翻转,而是依靠t2推动变压器7,9绕 ...

我这开局就“马走目了”。谢谢大婶指正:praise:
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发表于 2021-9-25 19:16:07 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
干货,收藏,谢谢分享

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jf201006 + 6 欢迎提出宝贵意见

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发表于 2021-9-25 19:52:42 | 显示全部楼层
这不就是传统电脑电源里的ic,跟tl494一样的

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jf201006 + 5 没错

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发表于 2021-9-25 19:55:58 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
详细494开关电源介绍

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发表于 2021-9-25 19:59:04 | 显示全部楼层
围观jf开局马走田:titter:

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jf201006 + 8 马走目。。。

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发表于 2021-9-25 20:31:16 | 显示全部楼层
很好的原理分析文章

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jf201006 + 5 謝謝分享

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发表于 2021-9-25 23:03:17 | 显示全部楼层
这么好的技术贴,棒棒糖快来用M砸晕楼主

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8139 + 10 先砸你几个脑瓜崩
jf201006 + 5 謝謝分享

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发表于 2021-9-26 08:17:24 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
发明纬详细贴不都是各种彩色字体满天飞么,你想低调:lol::lol::lol:

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jf201006 + 6 謝謝分享
8139 + 10 熱心助人

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发表于 2021-9-26 09:25:10 | 显示全部楼层
理论联系实际,赞一个!

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jf201006 + 6 謝謝分享

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发表于 2021-9-26 09:25:40 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
这才是论坛,是脚踏实地进行技术分析、交流的地方,谢谢楼主

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jf201006 + 6 我很贊同

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发表于 2021-9-26 09:47:01 | 显示全部楼层
很详细的讲解,老哥用心了

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发表于 2021-9-26 10:08:40 | 显示全部楼层
就是老式的电脑电源,只是布局变了一下。

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jf201006 + 6 歡迎探討

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发表于 2021-9-26 11:11:25 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
恭喜成精哈哈哈

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发表于 2021-9-26 11:15:11 | 显示全部楼层
牛逼啊 介绍的很详细
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发表于 2021-9-26 11:15:45 | 显示全部楼层
点赞收藏,认真学习。

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发表于 2021-9-26 13:46:42 | 显示全部楼层
:lol:好帖子,留下足印慢慢回顾

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