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

jf201006

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：


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


主板背面


原理图


一、启动及辅助供电



（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：


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



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



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



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。

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


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。

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





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。



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: 207)

2021-9-25 16:14 上传

点击文件名下载附件

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

jf201006

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

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

放大是一个方波

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

测量时，就近取“地”。若“地”取输出V-，则波形有干扰。



放大情况，（以下测量中，通道A测量5脚，通道B测量8脚）


二、过流保护


设定1.7A保护


5、8脚波形（相对于空载，脉冲宽度增加了）




测试用的是大功率电阻



三、短路保护


短路后有300mA的电流


波形


放大情况



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


抓了两张（都是百毫秒级的）


保护解除时间很短（下降沿很陡）


五、12V时，空载和带载时的波形


空载


输出1.7A时


推动输出的波形（Q3、Q4的c极波形）是反相的，正脉冲。



六、输出电压高低的波形


10V时


14.88V时，脉宽加宽了。



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）。


放大



再放大就乱了





OVER
谢谢观赏！

qrut

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

jf201006

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:

兔包公

干货，收藏，谢谢分享

fangyinghh

这不就是传统电脑电源里的ic，跟tl494一样的

cixir35

详细494开关电源介绍

8139

围观jf开局马走田:titter:

ksj197706

很好的原理分析文章

石墨

这么好的技术贴，棒棒糖快来用M砸晕楼主

拆机专家123

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:

wlhcq

理论联系实际，赞一个！

龙光彩虹

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

rq519

很详细的讲解，老哥用心了

cyxhome

就是老式的电脑电源，只是布局变了一下。

一鸣83060

学习了。

aacyxjz

恭喜成精哈哈哈

micropoint

牛逼啊 介绍的很详细

gu_572101993

点赞收藏，认真学习。

jgpiuu

:lol:好帖子，留下足印慢慢回顾