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TOP204-单片开关电源原理及运用

2017-11-12 15:03分类:配电知识 阅读:

 

1.前语
  开关电源自20世纪70年代初步运用以来,呈现出很多功用齐备的集成操控电路,使开关电源电路日益简化,作业频率不断跋涉,功率大大跋涉,并为电源小型化供应了宽广的远景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路TOP(Threeterminaloffline)将PWM操控器与功率开关MOSFET合二为一封装在一同,已成为变压器进行变压,然后发作所需求的一组或多组电压开关电源IC翻开的干流。选用TOP开关集成电路方案开关电源,可使电路大为简化,体积进一步减小,本钱也显着下降。
2.TOP开关构造及作业原理
2.1构造
  TOP开关集各种操控功用、维护功用及耐压700V的功率开关MOSFET于一体,选用TO220或8脚DIP封装。少量选用8脚封装的TOP开关,除D、C两引脚外,别的6脚实习连在一同,作为S端,故仍系三端器材。三个引出端别离是漏极点D、源极点S和操控端C。其间,D是内装MOSFET的漏极,也是内部电流的查亮点,起动操作时,漏极点由一个内部电流源供应内部偏置电流。操控端C操控输出占空比,是过错拓宽器和反响电流的输入端。在正常操作时,内部的旁路调整端供应内部偏置电流,且能在输入反常时,主动断定维护。源极点S是MOSFET的源极,一同是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地址及基准点。
2.2作业原理
  TOP包含十有些,其间Zc为操控端的动态阻抗,RE是过错电压查看电阻。RA与CA构成截止频率为7kHz的低通滤波器。首要特征是:
  (1)前沿消隐方案,推延了次级整流二级管反向康复发作的尖峰电流冲击;
  (2)主动重起动功用,以典型值为5%的主动重起动占空比接通和关断;
  (3)低电磁烦扰性(EMI),TOP系列器材选用了与外壳的源极相连,使金属底座及散热器的dv/dt=0,然后下降了电压型操控办法与逐周期峰值电流绑缚;
  (4)电压型操控办法与逐周期峰值电流绑缚。
  下面简明叙说一下:
  (1)操控电压源
  操控电压Uc能向并联调整器和门驱动极供应偏置电压,而操控端电流IC则能调度占空比。操控端的总电容用Ct标明,由它挑选主动重起动的守时,一同操控环路的抵偿,Uc有两种作业办法,一种是滞后调度,用于起动和过载两种状况,具有推延操控效果;另一种是并联调度,用于别离过错信号与操控电路的高压电流源。刚起动电路时由DC极之间的高压电流源供应操控端电流Ic,以便给操控电路供电并对Ct充电。
  (2)带隙基准电压源
  带隙基准电压源除向内部供应各种基准电压以外,还发作一个具有温度抵偿并可调整的电流源,以确保准确设定振动器频率和门极驱动电流。
  (3)振动器
  内部振动电容是在设定的上、下阈值UH、UL之间周期性地线性充放电,以发作脉宽调制器所需求的锯齿波(SAW),与此一同还发作最大占空比信号(DMAx)和时钟信号(CLOCK)。为减小电磁烦扰,跋涉电源功率,振动频率(即开关频率)方案为十0kHz,脉冲波形的占空比设定为D。
  (4)拓宽器
  过错拓宽器的增益由操控端的动态阻抗Zc来设定。Zc的改动方案是十Ω~20Ω,典型值为15Ω。过错拓宽器将反响电压UF与5.7V基准电压进行比照后,输出过错电流Ir,在RE上构成过错电压UR。
  (5)脉宽调制器(PWM)
  脉宽调制器是一个电压反响式操控电路,它具有两层意义。榜首、改动操控端电流IC的巨细,即可调度占空比D,完毕脉宽调制。第二、过错电压UR经由RA、CA构成截止频率为7kHz的低通滤波器,滤掉开关噪声电压往后,加至PWM比照器的同相输入端,再与锯齿波电压UJ进行比照,发作脉宽调制信号UB。
  (6)门驱动级和输出级
  门驱动级(F)用于驱动功率开关管(MOSFET),使之按必定速率导通,然后将共模电磁烦扰减至最小。漏源导通电阻与商品类型和芯片结温有关。MOSFET管的漏源击穿电压U(bo)ds≥700V。
  (7)过流维护电路
  过流比照器的反相输入端接阈值电压ULIMIT,同相输入端接MOSFET管的漏极。此外,芯片还具有初始输入电流绑缚功用。刚通电时可将整流后的直流绑缚在0.6A或0.75A。
  (8)过热维护电路
  当芯片结温TJ>135℃时,过热维护电路就输出高电平,将触发器Ⅱ置位,Q=1,Q=0,关断输出级。此刻进入滞后调度办法,Uc端波形也成为凹凸为4.7V~5.7V的锯齿波。若要从头起动电路,需断电后再接通电源开关;或许将操控端电压降至3.3V以下,抵达Uc(reset)值,再运用上电复位电路将触发器Ⅱ置零,使MOSFET康复正常作业。
  (9)关断/自起动电路
  一旦调度失控,关断/主动重起动电路当即便芯片在5%占空比下作业,一同堵截从外部流入C端的电流,Uc再次进入滞后调度办法。假使缺点己打扫,Uc又回到并联调度办法,主动从头起动电源康复正常作业。主动重起动的频率为1.2Hz。

图1TOP开关内部作业原理框图

图212V/30W小功率开关电源原理图
  (十)高压电流源
  在起动或滞后调度办法下,高压电流源经过电子开关S1给内部电路供应偏置,而且对Ct进行充电。电源正常作业时S1改接内部电源,将高压电流源关断。
  当TOP开关起动操作时,在操控端环路振动电路的操控下,漏极点有电流流入芯片,供应开环输入。该输入经过旁路调整器、过错拓宽器时,由操控端进行闭环调整,改动Ir,经由PWM操控MOSFET的输出占空比,终究抵达动态平衡。
3TOP开关的典型运用
3.112V/30W小功率开关电源
  12V/30W小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是:简略,直接可与220V沟通电源联接,经桥式整流电容滤波后发作300V直流高电压起动变压器进行变压,然后发作所需求的一组或多组电压开关电源作业。而且分量轻、体积小,接线简略外围元件少。
  该电路特征是运用三极管Q1,二极管D8及电阻R5、R6构成过低压维护电路,当输入电压下降到必定程度时,Q1导通,操控端C电位下降,TOP开关封闭,开关电源没有输出。
  (1)输入电路
  电网沟通220V输入电压经桥式整流、电容滤波后发作300V直流高压起动开关电源作业。

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