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一、电路分析3M KJ458F系列空气净化器的电源电路由市电输入电路、主电源和15V电源、5V电源构成。 1．市电输入电路市电输入电路由过流保护、过压保护和线路滤波器等构成，如图1所示。
图1 220V市电电压经熔丝管F1送到CX1、LF1、CX2组成的线路滤波器，由它滤除高频干扰脉冲后，一路为主电源供电；另一路经D1整流，C1滤波产生300V直流电压，为电机电路供电。同时，该滤波电路还可以滤除开关电源产生的高频干扰脉冲，以免窜入电网，影响其他用电设备的正常工作。R31是 CX1、CX2的泄放电阻，可提高滤波效果。 市电输入回路的VR1是压敏电阻，市电正常、没有雷电窜入时它不工作；当市电升高或有雷电窜入，使VR1两端的峰值电压达到470V时它击穿，使F1过流熔断，切断市电输入回路，避免了开关电源的元器件过压损坏，实现市电过压和防雷电窜入保护。 2．主电源该机的主电源采用由电源模块CL1152、开关变压器T1、光耦合器U8、误差放大器U9为核心构成的并联型开关电源，如图2所示。
图2 （1）CL1152的简介 CL1152是一款高效率、低功耗、高集成度的电源模块。因CL1152采用了频率抖动和软驱动控制技术，所以提高系统的EMI指标。 该模块主要由控制芯片和开关管构成。开关管采用高耐压的大功率场效应管，而控制芯片由电源管理单元、振荡器、PWM脉冲形成电路、激励电路、前沿消隐电路、过流限制电路、欠压保护电路、过压保护电路等构成，如图3所示。其引脚功能如表1所示。
图3 表1 CL1152引脚功能
（2）功率变换 220V市电电压经线路滤波器滤波后，通过D2桥式整流，C21、L1和C3滤波产生310V左右的直流电压。该电压一路经开关变压器T1的初级绕组（1-2绕组）加到U3（CL1152）的5、6脚（Drain端），不仅为它内部的开关管D极供电，而且为高压恒流源供电。高压恒流源得电后开始工作，产生初始充电电流，经内部电源管理单元对U32脚外接的电容C16充电，当C16被充电至15.8V后，电源管理系统输出的电压为振荡电路、开关管的驱动电路等电路供电。振荡器获得供电后产生50kHz的时钟信号，该信号控制PWM电路产生PWM驱动脉冲，使开关管工作在开关状态。开关管导通后，T1存储能量；开关管截止期间，T1各个绕组释放能量，经整流滤波后为相应的负载供电。其中，3-4绕组输出的脉冲电压经整流管D4整流，R21限流，C16滤波后加到U3的2脚，取代启动电路为U3提供正常工作时的工作电压。5-6绕组输出的脉冲电压经D6整流，C7、C2滤波后得到12V电压，该电压第一路为RGB灯条等电路供电，第二路为5V电源电路供电，第三路为误差取样电路供电。7-8绕组输出的脉冲电压经D5整流、C6滤波后，再经三端稳压器U4（78L15）稳压，C9滤波获得15V电压，为负离子净化电路、电机驱动电路供电。 C4、R5、D3组成尖峰脉冲吸收回路，以免CL1152内的开关管截止瞬间被过高的尖峰电压损坏。 （3）稳压控制 当市电电压升高或负载变轻引起开关电源输出电压升高时，滤波电容C7两端升高的电压不仅经R22为光耦合器U8（PC817）内的发光管提供的电压升高，而且经R25、R26、R29取样后的电压升高，经三端误差放大器U9（TL431）比较放大后，为U8的2脚提供电压减小，使U8内的发光管因导通电压增大而发光加强，致使U8内的光敏管因受光照加强而导通加强，使U3（CL1152）的3脚电压下降，通过振荡器使驱动电路输出的激励信号的占空比减小，开关管导通时间缩短，开关变压器T1存储的能量下降，开关电源输出电压下降到正常值。反之，稳压控制过程相反。 （4）保护电路 软启动：CL1152采用了内部软启动以减少在电源启动时产生的电气过应力。当VDD电压达到UVLO（OFF）电压时，控制算法将使峰值电压阈值逐渐从零上升到0.785V后，电路开始启动。软启动时间为4ms。 欠压保护：启动期间，VDD值低于15.8V（UVLO_OFF）时芯片不工作，此时通过高压恒流源给C16充电；当VDD升高到15.8时，芯片开始正常工作，输出PWM驱动信号，开关管工作。当开关管工作后，开关变压器T1输出的脉冲电压经D4整流、R21限流、C16滤波后为CL1152提供的电压低于9.7V（UVLO_ON）时欠压保护电路动作，开关管停止工作。 CL1152的启动电流和工作电流最大值分别为20μA和2.2mA。 过压保护：当VDD端电压高于保护阈值时，内部的过压保护电路动作，使PWM电路停止输出激励信号，开关管关断，不仅避免了负载元件过压损坏，而且避免了CL1152内部的开关管过压损坏。 过流保护：CL1152采用了峰值电流模控制来调节输出电压，并逐周期限流保护。通过识别SENSE端输入的电压来检测开关峰值电流，而占空比的大小取决于电流取样信号以及稳压控制信号FB。电流取样的阈值电压设为0.785V，假如取样电阻R30两端产生的压降超过0.785V，CL11524脚内部比较器输出触发信号，最终通过驱动电路关断开关管，以免它过流损坏。 电流限制电路还包括一个前沿消隐电路LEB。该电路用来延时电流取样，每次功率管导通时，由于续流二极管反向恢复，在R30两端会产生尖峰脉冲电压。为了避免该脉冲可能引起的误触发，影响电路启动，所以需要前沿消隐电路对检测脉冲进行270ns左右的延迟，从而消除了这种不良影响。 过热保护：CL1152内部还设置了过热保护电路。当芯片的温度超过150℃时，内部的过热保护电路动作，关闭振荡器，使开关管停止工作，以免其因过热损坏。 3．市电过零检测电路参见图2，经滤波后的市电电压经R20降压，经光耦合器U7耦合产生市电过零检测信号。该信号经C20滤波，利用R23输入到CPU。只有CPU输入了市电过零检测信号，才能输出电机驱动信号，否则会产生电机不能运转等故障。 4．5V电源该机的5V电源电路采用由电源模块PT1115、储能电感L2为核心构成的串联型开关电源，如图4所示。
图4 （1）PT1115的简介 PT1115是高效率的脉冲宽度调制（PWM）开关模式降压转换器，PT1115最大输入电压为35V。它有ESOP-8和QFN16两种封装结构。 PT1115能实现输出恒压（CV）和恒流（CC）功能：在CC模式下，通过取样电阻设计输出1.5A时电流的误差低于±10％；在CV模式下，输出电压为5V±2％。它的线性补偿可达300mV，补偿值取决于外部电容、电阻值；PT1115的开关频率可通过3脚外接电阻阻值大小来设定。 PT1115内部也是由开关管（场效应管）和控制芯片两部分构成。芯片部分包括过压保护、欠压锁定、过流保护、峰值电流限制和过热保护等电路。它的引脚功能如表2所示。 表2 PT1115的引脚功能
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