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恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的工作原理

目錄:解決方案星級:3星級人氣:-發(fā)表時間:2012-02-24 16:25:00
RSS訂閱 文章出處:線性光耦網(wǎng)責(zé)任編輯:NSW作者:NSW

  1A恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的電路如圖1所示。它采用一片TOP200Y型開關(guān)電源(IC1),配EL817C線性光耦(IC2)。85V256V交流輸入電壓u經(jīng)過EMI濾波器(L2、C6)、整流橋(BR)和輸入濾波電容(C1),得到大約為82V375V的直流高壓UI,再通過初級繞組接TOP200Y的漏極。由VDZ1VD1構(gòu)成的漏極箝位保護(hù)電路,將高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓限定在安全范圍之內(nèi)。VDZ1采用BZY97C200型瞬態(tài)電壓抑制器,其箝位電壓UB=200VVD1選用UF4005型超快恢復(fù)二極管。次級電壓經(jīng)過VD2C2整流濾波后,再通過L1、C3濾波,獲得+75V輸出。VD2采用3A/70V的肖特基二極管。反饋繞組的輸出電壓經(jīng)過VD3、C4整流濾波后,得到反饋電壓UFB=26V,給光敏三極管提供偏壓。C5為旁路電容,兼作頻率補(bǔ)償電容并決定自動重啟頻率。R2為反饋繞組的假負(fù)載,空載時能限制反饋電壓UFB不致升高。

      

               175V1A恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的電路

  該電源有兩個控制環(huán)路。電壓控制環(huán)是由1N5234B6.2V穩(wěn)壓管(VDZ2)和光耦合器EL817C(IC2)構(gòu)成的。其作用是當(dāng)輸出電流較小時令開關(guān)電源工作在恒壓輸出模式,此時VDZ2上有電流通過,輸出電壓由VDZ2的穩(wěn)壓值(UZ2)和光耦中LED的正向壓降(UF)所確定。電流控制環(huán)則由晶體管VT1VT2、電流檢測電阻R3、光耦IC2、電阻R4R7、電容C8構(gòu)成。其中,R3專用于檢測輸出電流值。VT1采用2N4401NPN硅管,國產(chǎn)代用型號為3DK4C;VT2則選2N4403PNP硅管,可用國產(chǎn)3DK9C代換。R6、R5分別用于設(shè)定VT1、VT2的集電極電流值IC1IC2。R5還決定電流控制環(huán)的直流增益。C8為頻率補(bǔ)償電容,防止環(huán)路產(chǎn)生自激振蕩。在剛通電或自動重新啟動時,瞬態(tài)峰值電壓可使VT1導(dǎo)通,利用R7對其發(fā)射結(jié)電流進(jìn)行限制;R4的作用是將VT1的導(dǎo)通電流經(jīng)VT2旁路掉,使之不通過R1。電流控制環(huán)的啟動過程如下:隨著IO的增大,當(dāng)IO接近于1A時,UR3↑→VT1導(dǎo)通→UR6↑→VT2導(dǎo)通,由VT2的集電極給光耦提供電流,迫使UO↓。由UO降低,VDZ2不能被反向擊穿,其上也不再有

電流通過,因此電壓控制環(huán)開路,開關(guān)電源就自動轉(zhuǎn)入恒流模式。C7為安全電容,能濾除由初、次級耦合電容產(chǎn)生的共擾。

 

2恒壓/恒流源的輸出特性

  該電源既可工作在7.5V穩(wěn)壓輸出狀態(tài),又能在1A的受控電流下工作。當(dāng)環(huán)境溫度范圍是050時,恒流輸出的準(zhǔn)確度約為±8%。

  該電源的輸出電壓-輸出電流(U0I0)特性如圖2所示。由圖可見,它具有以下顯著特點:

 ?。?/span>1)當(dāng)u=85VAC265VAC時,特性曲線變化很小,這表明輸出特性基本不受交流輸入電壓變化的影響;

3電壓及電流控制環(huán)的單元電路

 

 ?。?/span>2)當(dāng)IO<0.90A區(qū),IO≈ 0.98A時位區(qū),UOIO ;

 ?。?/span>3)當(dāng)UO≤2V時,VT1VT2已無法給光耦繼續(xù)提供足夠的工作電流,此時電流控制環(huán)不起作用,但初級電流仍受TOP200Y的最大極限電流ILIMIT(max)的限制。這時,UR6↑,通過VT1VT2使光耦工作電流迅速減小,強(qiáng)迫TOP200Y進(jìn)入自動重新啟動狀態(tài)。這表明,一旦電流控制環(huán)失控,立即從恒流模式轉(zhuǎn)入自動重啟狀態(tài),將IO拉下來,對芯片起保護(hù)作用。

2恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的電路設(shè)計

電壓及電流控制環(huán)的單元電路如圖3所示。

21電壓控制環(huán)的設(shè)計

  

 

恒壓源的輸出電壓由下式確定:

UO=UZ2UFUR1=UZ2UFIR1·R1(1)

式中,UZ2=6.2V,UF=1.2(典型值),需要確定的只是R1上的壓降UR1。令R1上的電流為IR1,VT2的集電極電流為IC2,光耦輸入電流(LED工作電流)IF,顯然IR1=IC2=IF,并且它們隨u、IO和光耦的電流傳輸比CTR值而變化。TOP200Y的控制端電流IC變化范圍是2.5mA(對應(yīng)于最大占空比Dmax)6.5mA(對應(yīng)于最小占空比Dmin),現(xiàn)取中間值IC=4.5mA。因IC是從光敏三極管的發(fā)射極流入控制端的,故有關(guān)系式Iin=Io/CTR (2)

ICCTR值確定之后,很容易求出IR1。單片開關(guān)電源須采用線性光耦合器,要求CTR=200%~400%,可取中間值300%。將IC=4.5mA,CTR=300%代入式(2)得出,IR1=1.5mA。當(dāng)R1=973980時,UR1=0.146V。最后代入式(1)計算出

UO=UZ2UFUR1=6.2V1.2V0.146V

=7.546V≈7.5V

22電流控制環(huán)的設(shè)計

  電流控制環(huán)由VT1、VT2、R1R3R7、C8EL817C等構(gòu)成。下面需最終算出恒定輸出電流IOH的期望值。圖3中,R7VT1的基極偏置電阻,因基極電流很小,而R3上的電流很大,故可認(rèn)為VT1的發(fā)射結(jié)壓降UBE1全部降落在R3上。則(3)利用下面二式可以估算出VT1、VT2的發(fā)射結(jié)壓降:(4)(5)

式中,k為波爾茲曼常數(shù),T為環(huán)境溫度(用熱力學(xué)溫度表示)q是電子電量。當(dāng)TA=25時,T=298K,kT/q=0.0262V。IC1、IC2分別為VT1VT2的集電極電流。IS為晶體管的反向飽和電流,對于小功率管,IS=4×1014A

  因為前已求出IR1=IF=IC2=1.5mA,所以

又因IE2≈IC2,故UR5=IC2R5=1.5mA×100Ω=0.15V,由此推導(dǎo)出UR6=UR5UBE2=0.15V0.662V=0.812V。取R6=220Ω時,IR6=IC1=UR6/R6=4.71mA。下面就用此值來估算UBE1,進(jìn)而確定電流檢測電阻R3的阻值:

與之最接近的標(biāo)稱阻值為0.68Ω。代入式(3)可求得考慮到VT1的發(fā)射結(jié)電壓UBE1的溫度系數(shù)αT≈2.1mV/,當(dāng)環(huán)境溫度升高25時,IOH值降為

恒流準(zhǔn)確度為

與設(shè)計指標(biāo)相吻合。

3反饋電源的設(shè)計

  反饋電源的設(shè)計主要包括兩項內(nèi)容:

  (1)在恒流模式下計算反饋繞組的匝數(shù)NB。之所以按恒流模式計算NB值,是因為此時UOUFB都迅速降低(UO=UOmin=2V),只有UFB足夠高時,才能確保恒流源正常工作。

 ?。?/span>2)在恒壓模式下計算出反饋電壓額定值UFB。此時UO=7.5V,UFB也將達(dá)到最大值,由此求得UFB值,能為選擇光耦合器的耐壓值提供依據(jù)。

  反饋電壓UFB由下式確定:(6)

式中,UF2UF3分別為VD2、VD3的正向?qū)▔航怠?/span>NS為次級匝數(shù)。從式(6)可解出(7)

在恒流模式下當(dāng)負(fù)載加重(即負(fù)載電阻減小)時,UOUFB會自動降低,以維持恒流輸出。為使開關(guān)電源從恒流模式轉(zhuǎn)換到自動重啟狀態(tài)時仍能給TOP200Y提供合適的偏壓,要求UFB至少比恒流模式下控制電壓的最大值UCmax高出3V。這里假定UCmax=6V,故取UFB=9V。將UFB=9V、UO=UCmin=2V、UF2=0.6VUF3=1VIO=IOH=0.982A、R3=0.68Ω、NS=12匝一并代入式(7),計算出NB=36.7≈37匝(取整)。

  在恒壓模式下,UO=7.5V,最大輸出電流IO=0.95A,再代入式(6)求得,UFB=26V,此即反饋電壓的額定值。選擇光耦合器時,光敏三極管的反向擊穿

1各項性能指標(biāo)

型號規(guī)格

穩(wěn)壓范圍(V

源電壓效應(yīng)

負(fù)載效應(yīng)

效率

輸出電壓相對諧波含量

源功率因數(shù)

恢復(fù)時間(ms

體積:L×W×H(mm

整機(jī)重量(kg

CWY5kVA

150260

≤3

≤5

≥89

≤3.5

≥0.95

1090

510×710×830

170

CWY10kVA

≥91

520×880×1050

320

電壓必須大于此值,即U(BR)CEO>26V。常用線性光耦U(BR)CEO=30V90V。計算光敏三極管反向工作電壓UIC2的公式為

UIC2=UFBUCmin(8)

式中,UCmin為控制端電壓的最小值(5.5V)。不難算出,UIC2=20.5V。這里采用EL817C-F型光耦合器,其U(BR)CEO=35V>20.5V,完全能滿足要求。但在設(shè)計高壓電池充電器時,必須選擇(EL817C-GVCEO80V)耐高壓的光耦合器。

http://m.zmxyf.cn/Article/guangdianheqidefenle_1.html

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