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简化的离线式开关电源规划的研讨

1开关电源的原理介绍开关电源电路有许多种,但最常见的是反激式转换器,其原理如图1所示,电源输入首先经过整流,然后滤波,接下来经过变压器和初级开关,以及初级控制器;这个控制器根据反馈信号来改变开关的占空


  1 开关电源的原理介绍

  开关电源电路有许多种,但最常见的是反激式转化器,其原理如图1所示,电源输入首要经过整流,然后滤波,接下来经过变压器和初级开关,以及初级操控器;这个操控器依据反应信号来改动开关的占空比,反应信号是由次级反应而来。

  

  图1 开关电源的原理电路

  虽然可选用电感器,但所示规划选用的是未阻隔的变压器。阻隔规划在离线设备中更为常见,在离线设备中,变压用具有阻隔效果,可方便地完成占空比调整。反激式开关电源可在非接连导通和接连导通两种形式下作业,不接连导通形式如图2所示。Ilm和Vlm是变压器磁化电感经过的电流和施加的电压。

  

  图2 开关电源的两种导通形式

  当开关闭合时,电压施加在变压器初级的两头,由于此刻次级二极管是截止的,变压器所起的效果就像电感器。经过初级线圈的电流会上升,一起能量储存在磁通量中。当开关断开时,次级二极管导通,电流经过次级时会下降,由于能量被转化至次边大容量电容器。假如电流经过磁化电感区后降至零,这是不接连导通形式。假如磁化电流未降至零,如图3所示,则体系以接连导通形式作业。

  

  图3 开关电源的不接连导通形式

  两种形式各有其优缺点,可依据规划要求进行挑选。能够挑选大负载的接连形式规划,或挑选小负载的非接连形式规划。有电压和电流两种操控形式,在电压形式中,次边电压被反应,直接操控作业循环;而在电流形式中,次边电压被反应,操控最大的开关电流,即操控IC的PWM部分使开关闭合,当电流到达反应设定的极限时,开关就断开。

  2 操控器的挑选

  曩昔,大多数SMPS体系选用分立操控器%&&&&&%和用场效应晶体管(FET)作为开关,现在能够选用集成操控器,这些集成器材针对各种功率等级和使用进行了优化,一般可分为双芯片式和单芯片式两类。双芯片式包含操控器芯片和MOSFET芯片,而单芯片式仅有一个芯片,一般选用BCDMOS工艺制作。选用 BCDMOS工艺制作高压功率MOSFET器材,它的局限性多于选用优化MOSFET工艺制作的器材。一般,选用BCDMOS工艺制作的芯片的单位面积 RDS(on)值会高出许多。

  但是,单芯片解决计划的本钱较低,在低功率使用领域具有优势。因而,一般是为高功率使用挑选双芯片计划,而为低功率使用挑选单芯片计划,凹凸功率的分界点在15至20W左右,飞兆半导体有供给两种类型的功率开关。

  3 使用实例

  图4所示为选用KA5M0365R的通用开关形式电源的电路图,KA5M0365R是双芯片器材。电源的输入电压为85~265VAC,开关频率为66kHz,输出为3.3V、1.2A,5V、1.5A,9V、0.5A和33V、0.1A.

  

  图4 选用KA5M0365R的通用开关形式电源的电路

  内部MOSFET的额定值为3A和650V,但不是简略的MOSFET,而是SenseFET,其源极面积约有1%被阻隔出来,构成次感应源极。漏极电流的1%来自感应源极,它流经集成电阻器,便于精确地丈量电流值,不存在与外部电流采样电阻器相关的损耗。

  自线路输入端开端,首要是一个用于按捺EMI的滤波器,接下来是桥型整流器、NTC电阻器和滤波电容器。NTC电阻器用于防止开关闭合时的电流浪涌。在第一次接通电源时,FPS以旁路形式作业,吸收很少的电流,Vcc电容器被充电,一旦到达电压确定阈值15V规模的上限,该器材就开端开关,它的电流需求添加,Vcc电压开端下降。但是,假定Vcc电容器足够大,Vcc电压仍保持在电压确定阈值规模的较低水平,在正常运作期间,第三线圈开端供电。

  缓冲网络(Snubber Network)连接在变压器初级的两头,以保证变压器走漏电感引起的尖峰信号,不会形成开关漏极电压超越其击穿电压。假如超越击穿电压,器材会产生雪崩,由于它具有必定的雪崩额定值,这样只是多耗费一点功率,不需装备贵重的齐纳缓冲器。

  有四个次级线圈供给四路电压输出,经过一个光耦,由431型电压参阅器供给反应信号。 一切的离线式电源有必要到达必定的安全规范,图4所示的规划具有杰出的维护功用,得益于操控用具有的过载维护、过压维护、过流维护、欠压维护和过热维护特性。

  4 针对特定使用的改善

  低功率电源常常是备用、辅佐电源,或用于内务处理,FSDH0165或FSDH565等单芯片器材适用于此类电源,芯片集成了操控器和SenseFET.

  由于器材选用BCDMOS技能制作,不存在起动电阻器。有可能将高压整流电源直接连接到器材上,其起动与双芯片器材类似,但是,区别是该器材用内部电流源为Vcc电容器充电,一旦Vcc引脚电压到达阈值电压,器材起动,电流源从内部断开,因而在正常运作期间,不从电路中直接汲取能量,因而功率进步。关于较高功率电源,可选用图5所示的体系,它与从前的体系很类似,但它以准谐振形式作业,Lm不是一个独自的元件,而是变压器的一部分。

  

  图5 离线式开关电源电路

  在这种形式下,开关频率与输入电压和负载水平无关,在低输入电压和大负载的情况下,频率下降,而在高输入电压和小负载的情况下,开关频率升高。在最大输入电压下,所需频率不该超越最高开关频率150kHz,因而施加的负载应有所约束。准谐振形式的长处是EMI较低和功率较高。

  这儿未呈现从前所用的传统RCD(电阻器电容器二极管)缓冲器,作为代替,选用一个与开关并联的小型电容器,电源开关配有一个额定的同步引脚,用于注册SenseFET.在次级二极管截止之前,其作业与非接连电流反激办法根本相同。在初级二极管截止后,开关管漏极开端振铃动作,频率由串联的%&&&&&%器和初级电感量所决议。同步引脚电压开端下降,当电压超越阈值时,开关再次闭合。挑选适宜的同步引脚元件,使得漏极电压到达最小值时,同步电压到达阈值。该体系为软开关型,具有很小的EMI,由于漏极电压很小,开关损耗也降至最低。

  6 结语

  总归,有几种办法可完成功率因数校对,从简略的无源解决计划到较杂乱和功能较好的有源解决计划。飞兆半导体的ML4803选用小型8引脚封装,集成了PFC和PWM SMPS操控器,在技能和本钱具有适当的优势。现在已经有多种合适不同使用和功率规模的器材,使离线式开关电源的规划变得更为简略。

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