PWM开关电源

动和辅助电源给控制器电路(IC)和功率开关驱动电路提供工作电压,有时把这个电路叫自启动电路。由于这部分电路所有输入和输出的功率都属于损耗,因此在保证其所有功能的条件下,应尽可能提高它的效率。

自启动电路在高输入电压的情况下显得更加重要,因为输入高于直流20V时,输入电压不能直接供电给控制IC和功率开关,而时需要采用启动、辅助电源电路。这部分电路的主要功能是用一个分流或串连的线性电源给控制器和功率开关驱动电路提供比较稳定的电压。

电源从完全关机状态启动,通常要求当输入功率加到电源上时,就要从输入电源母线上吸取电流。启动电路允许的输入电压比电源输入电压的最大值(包括可能通过电源输入滤波器的浪涌电压)还要高。对于这个电路,需要考虑其所需的功能。启动电路有一些常用的功能,它的功能要适合整个系统的工作需要。

1.            电源输出短路的情况一旦结束,回到正常工作时,要立刻使控制功率开关电路的所有功能工作。

2.            当发生短路时,电源要进入间隔重启动模式,短路情况一旦消失,电源就重新启动。

3.            在短路期间,进入完全关机状态,然后关闭系统。输入功率也要切断,在重新启动电源的时候再合上。

对于离线式开关电源,如果启动电路始终从电源输入线获取电流,会产生很可观的损耗,所以在电路稳定工作后切断启动电路。当整个电源进入稳定工作状态后,IC和驱动电路就可以从变压器的附加绕组上获取所需电源。这样,转换效率可达75%,如图4-     。该电路是个高电压、有电流限制的线性电源。在电路稳定工作期间,发射极上的二极管和基极反偏,这样完成了对启动电流的切断过程。小信号晶体管的VCEO(SUS)要求高于最高输入电压,几乎所有的损耗都消耗在集电极的电阻上。在稳压工作时,就只有很小的偏置电流流过晶体管的基极和其纳二极管。

图4-  电源自启动电路

4.8保护电路

所有的开关电源设计中,对负载的保护以及因负载失效而对电源的保护是设计中需要考虑的很重要的方面。预计电源和负载可能发生的失效情况也很重要的。

1过流保护电路

现代的PWM集成控制器内都设有每个开关周期逐个脉冲的OCP电路,并用与开关元件串联的低阻值电阻检测电流。滤除开关噪声采用RC滤波器,

2输入低电压限制

当供电不足时,很多时候要把电源关掉。在输入的电压低于正常工作所需要的最低电压时,就需要进行关机操作。这种条件下,会使电源进入“闭锁”模式,即输出的占空比达到最大值,无法对输出进行调节。当输入电压又回到正常值时,这样就会损坏电源和负载。另外,输入电压越低,通过功率开关管的电流就越大,会使开关管因功耗过大而损坏。为了防止这种情况发生,可以在输入端上用一个简单的电压比较器来实现,见图4-

图4- 输入欠电压关断电路

3紧急掉电信号

对于内部有微处理器、软盘或硬盘的产品,或其他工作时突然调电会损坏产品或会对使用者超成伤害的产品,电源要有一个调电信号。简单的微处理器系统,只要在+5V电源线上加一个低电压检测器就可以了。如图4-

图4-  5V欠电压指示器

4吸收电路

吸收电路是将电压波形上升时间延迟的无源网络。吸收电路用于使功率器件工作在正向和反向安全工作去(FASOA和RBSOA)活抑制电源的射频辐射,它们基本上使有损存储电路(带有R的L-C电路)。应用缓冲电路的好处要大于由此带来的损耗。

传统的吸收电路一直使为防止双极型功率晶体管二次击穿所采用的方法,在控制快速恢复整流关的dv/dt以减少EMI辐射方面也很有用。

5  总体电路

5.1电路工作过程

开关电源电路设计采用单相式整流电路和电容滤波电路将交流市变换成直流电压。再采用PWM控制开关管的通断,使直流变成高频交流电压。并取高频脉冲一定的占空比来控制输出电压的高低。高频交流电压通过一定砸数比的高频变压器变成所需要的交流电压。交流电压再经整流、滤波提供电视机所需要的各种直流电压。

市电经简单的交流滤波、一次整流并滤波得到约310V的直流高压后,然后分成二路:一路经启动电阻82kΩ向150μF的电解充电,当电容上的电压大于110V时,IC1的⑦脚得电,内部的振荡器工作,并通过⑥脚送到VMOS管6N60的栅极,同时310V的高压直流经过变压器T的原边N1送到6N60的漏极,⑥脚的振荡信号控制6N60的导通与关断,这时,T的副边N2、N3均均感应到高频电压,N2的电压经整流后给IC1供电;N3的电压经快恢二极管整流、滤波后,所得到的直流电压就可给蓄电池组供电。

参考文献

[1] 沙占友.特种集成电源最新应用技术[M].北京:人民邮电出版社,2000.

[2] 张占松.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1999.

[3] 苏开才.现代功率电子技术[M].北京:国防工业出版社,1995.

现代电子技术

动和辅助电源给控制器电路(IC)和功率开关驱动电路提供工作电压,有时把这个电路叫自启动电路。由于这部分电路所有输入和输出的功率都属于损耗,因此在保证其所有功能的条件下,应尽可能提高它的效率。

自启动电路在高输入电压的情况下显得更加重要,因为输入高于直流20V时,输入电压不能直接供电给控制IC和功率开关,而时需要采用启动、辅助电源电路。这部分电路的主要功能是用一个分流或串连的线性电源给控制器和功率开关驱动电路提供比较稳定的电压。

电源从完全关机状态启动,通常要求当输入功率加到电源上时,就要从输入电源母线上吸取电流。启动电路允许的输入电压比电源输入电压的最大值(包括可能通过电源输入滤波器的浪涌电压)还要高。对于这个电路,需要考虑其所需的功能。启动电路有一些常用的功能,它的功能要适合整个系统的工作需要。

1.            电源输出短路的情况一旦结束,回到正常工作时,要立刻使控制功率开关电路的所有功能工作。

2.            当发生短路时,电源要进入间隔重启动模式,短路情况一旦消失,电源就重新启动。

3.            在短路期间,进入完全关机状态,然后关闭系统。输入功率也要切断,在重新启动电源的时候再合上。

对于离线式开关电源,如果启动电路始终从电源输入线获取电流,会产生很可观的损耗,所以在电路稳定工作后切断启动电路。当整个电源进入稳定工作状态后,IC和驱动电路就可以从变压器的附加绕组上获取所需电源。这样,转换效率可达75%,如图4-     。该电路是个高电压、有电流限制的线性电源。在电路稳定工作期间,发射极上的二极管和基极反偏,这样完成了对启动电流的切断过程。小信号晶体管的VCEO(SUS)要求高于最高输入电压,几乎所有的损耗都消耗在集电极的电阻上。在稳压工作时,就只有很小的偏置电流流过晶体管的基极和其纳二极管。

图4-  电源自启动电路

4.8保护电路

所有的开关电源设计中,对负载的保护以及因负载失效而对电源的保护是设计中需要考虑的很重要的方面。预计电源和负载可能发生的失效情况也很重要的。

1过流保护电路

现代的PWM集成控制器内都设有每个开关周期逐个脉冲的OCP电路,并用与开关元件串联的低阻值电阻检测电流。滤除开关噪声采用RC滤波器,

2输入低电压限制

当供电不足时,很多时候要把电源关掉。在输入的电压低于正常工作所需要的最低电压时,就需要进行关机操作。这种条件下,会使电源进入“闭锁”模式,即输出的占空比达到最大值,无法对输出进行调节。当输入电压又回到正常值时,这样就会损坏电源和负载。另外,输入电压越低,通过功率开关管的电流就越大,会使开关管因功耗过大而损坏。为了防止这种情况发生,可以在输入端上用一个简单的电压比较器来实现,见图4-

图4- 输入欠电压关断电路

3紧急掉电信号

对于内部有微处理器、软盘或硬盘的产品,或其他工作时突然调电会损坏产品或会对使用者超成伤害的产品,电源要有一个调电信号。简单的微处理器系统,只要在+5V电源线上加一个低电压检测器就可以了。如图4-

图4-  5V欠电压指示器

4吸收电路

吸收电路是将电压波形上升时间延迟的无源网络。吸收电路用于使功率器件工作在正向和反向安全工作去(FASOA和RBSOA)活抑制电源的射频辐射,它们基本上使有损存储电路(带有R的L-C电路)。应用缓冲电路的好处要大于由此带来的损耗。

传统的吸收电路一直使为防止双极型功率晶体管二次击穿所采用的方法,在控制快速恢复整流关的dv/dt以减少EMI辐射方面也很有用。

5  总体电路

5.1电路工作过程

开关电源电路设计采用单相式整流电路和电容滤波电路将交流市变换成直流电压。再采用PWM控制开关管的通断,使直流变成高频交流电压。并取高频脉冲一定的占空比来控制输出电压的高低。高频交流电压通过一定砸数比的高频变压器变成所需要的交流电压。交流电压再经整流、滤波提供电视机所需要的各种直流电压。

市电经简单的交流滤波、一次整流并滤波得到约310V的直流高压后,然后分成二路:一路经启动电阻82kΩ向150μF的电解充电,当电容上的电压大于110V时,IC1的⑦脚得电,内部的振荡器工作,并通过⑥脚送到VMOS管6N60的栅极,同时310V的高压直流经过变压器T的原边N1送到6N60的漏极,⑥脚的振荡信号控制6N60的导通与关断,这时,T的副边N2、N3均均感应到高频电压,N2的电压经整流后给IC1供电;N3的电压经快恢二极管整流、滤波后,所得到的直流电压就可给蓄电池组供电。

参考文献

[1] 沙占友.特种集成电源最新应用技术[M].北京:人民邮电出版社,2000.

[2] 张占松.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1999.

[3] 苏开才.现代功率电子技术[M].北京:国防工业出版社,1995.

现代电子技术


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