基于TOPSwitch的超寬輸入隔離式穩(wěn)壓開關(guān)電源
圖2中T為三繞組高頻變壓器,工作頻率為100kHz。3個(gè)繞組分別為:Np原邊繞組(65匝);Ns副邊繞組(即輸出繞組,13匝);Nf反饋繞組(8匝);各繞組同名端在圖2中已標(biāo)出。變壓器中能量傳遞過程為:當(dāng)TOPSwitch中的功率MOSFET導(dǎo)通時(shí),變壓器原邊繞組儲(chǔ)存能量;當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí),原邊繞組中儲(chǔ)存的能量傳遞給副邊繞組和反饋繞組,經(jīng)高頻整流濾波后即可提供直流輸出電壓和反饋電壓。
DZ1,D1和R1,C2組成了漏極箝位電路和能量吸收回路,用以限制TOPSwitch漏極因高頻變壓器的漏感而可能產(chǎn)生的尖峰電壓。DZ1選用P6KE200A型瞬態(tài)電壓抑制器(TVS),其反向擊穿電壓為200V。D1選用MUR160型超快恢復(fù)二極管,其最大反向耐壓值為600V。由于TOPSwitch的漏—源極最小擊穿電壓為700V,而當(dāng)其功率MOSFET關(guān)斷時(shí),變壓器原邊的直流輸入電壓、原邊繞組的感應(yīng)電壓以及由變壓器的漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓,三者疊加在一起,其值可能超過700V,故必須在TOPSwitch的漏極增加箝位電路和吸收電路,用以保護(hù)功率MOSFET不被損壞。
C3為TOPSwitch控制端的旁路電容,其作用是對(duì)控制電路進(jìn)行補(bǔ)償,并能設(shè)定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率。電路中所選參數(shù)值已將自動(dòng)重啟動(dòng)頻率設(shè)定為1.2Hz。
D2及D3為高頻輸出整流二極管,其中D2為MUR420型超快恢復(fù)二極管,其最大反向工作電壓為200V,額定整流電流為4A;D3為1N4148型玻封高速開關(guān)二極管,其最大反向工作電壓75V,平均整流電流150mA。
L1為濾波電感,其值約為20μH,是由非晶合金磁性材料制成的穿心電感,俗稱“磁珠”。其作用是濾除D2在反向恢復(fù)過程中產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。
DZ2及DZ3為穩(wěn)壓管,型號(hào)為2CW346。IC2為線性光耦合器,型號(hào)為PC817A,其內(nèi)部發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降約為1V,正常工作電流If約為1~5mA,其直流電流傳輸比為80%~160%。
輸出電壓由兩只穩(wěn)壓管電壓、PC817A中發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降以及電阻R4上壓降三者之和而確定,故改變R4的大小,就能改變(精確調(diào)節(jié))輸出電壓的設(shè)定值,同時(shí)也能改變控制電路的增益,即改變控制電路的放大倍數(shù)。對(duì)于不同的輸出電壓要求,只須改變穩(wěn)壓管和限流電阻R4的大小即可。如前所述,輸出電壓Vo的穩(wěn)壓過程為:Vo↑(↓)→VR4↑(↓)→If↑(↓)→Ic↑(↓)→占空比↓(↑)→Vo↓(↑)。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
該穩(wěn)壓電源的實(shí)驗(yàn)波形如圖3~圖8所示。當(dāng)輸入如圖3所示,為Vi=80V時(shí),輸出電壓vo如圖4所示(平均值Vo=19.8V),此時(shí)TOPSwitch的漏源電壓vDS波形如圖5所示。當(dāng)輸入電壓如圖6所示,Vi=550V時(shí),輸出電壓vo如圖7所示(平均值Vo=20.3V),此時(shí)TOPSwitch的漏源電壓vDS波形如圖8所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。為了說明限流電阻R4對(duì)輸出的影響,現(xiàn)將不同的R4值所對(duì)應(yīng)的輸出電壓列在表2中。
圖3 Vi波形(Vi=80V,100V/格)
圖4 vo波形(Vo=19.8V,5V/格)
圖5 vDS波形(Vi=80V,50V/格)
圖6 Vi波形(Vi=550V,200V/格)
圖7 vo波形(Vo=20.3V,10V/格)
評(píng)論