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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

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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
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: 77)


路过就伸出小手点个赞


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

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