单端正激式开关电源的驱动电路的设计

2019-03-12 17:25字体:
  

  TOPSwitch( Three - terminal Off - line PWM Switch) 单片开关电源是美国PI ( Power Integration ) 公司于上世纪90 年代中期推出的新型高频开关电源芯片,它用了3 个管脚将脱线式开关电源所必需的具有高压N 沟道功率MOS 场效应管、电压型PWM 控制器、100 kHz 高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的并联偏置调整器、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起了。采用TOPSwitch 器件的开关电源与分立的MOSFET 功率开关及PWM 集成控制的开关电源相比,具有电路结构简洁、成本低廉、性能稳定、制作及调试方便,自保护完善等优点。

  TOPSwitch系列单片开关电源的典型应用电路如图1所示。高频变压器在电路中具备能量存储、隔离输出和电压变换这三大功能。由图可见,高频变压器初级绕组Np的极性(同名端用黑圆点表示),恰好与次级绕组Ns反馈绕组Nf的极性相反。这表明在TOPSwitch导通时,电能就以磁场能量形式储存在初级绕组中,此时VDz截止。当TOPSwitch截止时,VD2导通,能量传给次级,此为反激式开关电源的特点。图中,BR为整流桥,CIN为输入端滤波电容。交流电压u经过整流滤波后得到直流高压yt,经初级绕组加至TOPSwitch的两极上。鉴于在TOPSwitch关断时刻,由高频变压器溺感产生的尖峰电压,会叠加在直流高压Ui和感应电压Uor上,可使功率开关管的漏极电压超过700v而损坏芯片;为此在初级绕组两端必须增加漏极钳位保护电路。钳位电路由瞬态电压抑制器或稳压管(VDz1)、阻塞二极管(VDl)组成,VDl宜采用超快恢复二极管(SRD)。VD2为次级整流管,Cout是输出端滤波电容。

  该电源采用配稳压管的光耦反馈电路。反馈绕组电压经过VD3、CF整流滤波后获得反馈电压UFB,经光耦合器中的光敏三极管给TOPSwitch的控制端提供偏压。CT是控制端c的旁路电容。设稳压管VDz2的稳定电压为Uz2,限流电阻R1两端的压降为UR,光耦台器中LED发光二极管的正向压降为UF,输出电压Uo由下设定:Uo=Uz2+UF+UR。

  该电源的稳压原理简述如下;当由于某种原因(如交流电压升高或负载变轻)致使Uo升高时,因UZ2不变,故UF就随之升高,使LED的工作电流IF增大,再通过光耦合器使了TOPSwitch比h的控制端电流Ic增大。但因TOFsw比D的输出占空比D与Ic成反比,故D减小,这就迫使Uo降低,达到稳压目的。反之,UoUFIFIcDUo,同样起到稳压作用。由此可见,反馈电路正是通过调节TOPSwitch的占空比,使输出电压趋于稳定的。

  保险丝F1、一次整流和低通滤波两部分组成。一次整流部分采用单相桥式整流电路,选用的元器件为二极管,如图2所示为D5、D7、D8、D10。

  在图2中,D6是有两个彼此反向的二极管串联而成的。与变压器同名端相连接二极管是导向二极管,与非同名端连接的是续流二极管,变压器T1副边的两个二极管与变压器T2一次绕组可构成TOP管开通后的二次整流电路(由二极管导向)和TOP管关断后的续流电路。设计中选择的D6型号为 MBR20100。

  该电路时稳压管的光耦反馈电路,由VDZ提供参考电压UZ,当Uo发生波动时,在LED上可获得误差电压。因此,该电路相当于给TOPSwitch增加一个外部误差放大器,再与内部误差放大器配合使用,即可对Uo,进行调整。这种反馈电路能使负载调整率达到土1%以下。

  



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