特種集成開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)

圖7恒功率型開關(guān)電源的輸出特性

使電源輸出電壓UO大幅度降低時(shí)仍具有恒流特性，僅當(dāng)UO≤0.8V時(shí)才進(jìn)入自動(dòng)重起動(dòng)狀態(tài)；

（4）使用一片TOP214Y型單片開關(guān)電源，使額定輸出功率達(dá)到30W；

（5）采用由運(yùn)放構(gòu)成的電流控制環(huán)時(shí)，能將電流檢測電阻R6的阻值減小到0.1Ω，功耗降至0.4W，使電源效率得到提高；

（6）將反饋電壓UFB的最大值提升到46V，這里選用PC816A型光耦合器，其U(BR)CEO=70V>40V。

正常情況下電壓控制環(huán)起作用，開關(guān)電源工作在恒壓區(qū)。當(dāng)IO接近于2A時(shí)進(jìn)入恒流區(qū)，此時(shí)電流控制環(huán)起作用。IC4a的同相輸入端接電流檢測信號(hào)UR6，反相輸入端接分壓器電壓UFY。分壓器是由R5、R8和TL431C構(gòu)成的。IC4a在將UR6與UFY進(jìn)行比較之后，輸出誤差信號(hào)Ur2，再通過VD5和R1變成電流信號(hào)，流入光耦中的LED，進(jìn)而控制TOP214Y的占空比，使電源的輸出電流IOH在恒流區(qū)內(nèi)維持恒定。顯然，VD5和VD6就相當(dāng)于一個(gè)“或門”。若電流控制環(huán)輸出為高電平，電壓控制環(huán)輸出低電平，則電源工作在恒流輸出狀態(tài)；反之，就工作在恒壓輸出狀態(tài)。

精密恒壓/恒流源的輸出特性如圖3所示。圖中的實(shí)線和虛線分別對(duì)應(yīng)于U=Umin=85VAC、U=Umax=265VAC兩種情況。

4截流型開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)

4.1截流型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案

截流型開關(guān)電源的特點(diǎn)是一旦發(fā)生過載，輸出電流IO能隨著輸出電壓UO的降低而迅速減小，即UO↓→IO↓，可對(duì)電機(jī)等負(fù)載起到保護(hù)作用。利用晶體管構(gòu)成的正反饋式截流控制環(huán)，可實(shí)現(xiàn)上述功能，過載時(shí)將IO衰減到安全區(qū)域內(nèi)。

4.2截流型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)示例

12V截流型開關(guān)電源的電路如圖4所示。該電路采用一片TOP202Y型單片開關(guān)電源。截流控制環(huán)由晶體管VT1、VT2、R1～R4、IC2構(gòu)成，其電路簡單，成本低廉。要求VT1和VT2的參數(shù)應(yīng)具有良好的一致性，能構(gòu)成鏡像電流源。截流型開關(guān)電源的輸出特性如圖5所示。由圖可見，UOIO特性曲線可劃分成3個(gè)工作區(qū)：恒壓區(qū)、截流區(qū)、自動(dòng)重起動(dòng)區(qū)。令輸出極限電流為ILM，下面對(duì)其輸出特性進(jìn)行分析。

（1）當(dāng)IOILM時(shí)，VT2截止，UO處于恒壓區(qū)，即UO=12V基本不變。此時(shí)VT1工作在飽和區(qū)，VT2呈截止?fàn)顟B(tài)，截流控制環(huán)不起作用，開關(guān)電源工作在穩(wěn)壓區(qū)。電路中，R1為電流檢測電阻。VT1的接法比較特殊，因R2阻值很小，可視為集電極與基極短路，故VT1始終工作在飽和區(qū)，只是飽和深度及飽和壓降US值可在一定范圍內(nèi)變化。此時(shí)IO較小，R1上的壓降UR1較低，使VT2的發(fā)射結(jié)壓降UBE2=UR1＋US0.65V，VT2呈截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于集電極開路，它對(duì)光耦反饋電路無分流作用。

2）當(dāng)IO≈ILM時(shí)，截流控制環(huán)開始工作，并在正反饋過程中使IO隨著UO的降低而迅速減小。此時(shí)UR1≈0.3V，US≈0.57V，由于VT2的發(fā)射結(jié)壓降UBE2=UR1＋US>0.7V，使VT2立即導(dǎo)通，而VDZ2因UO的降低而退出穩(wěn)壓區(qū)變成截止?fàn)顟B(tài)。于是，光耦LED上的電流就通過VT2分流。由于VT2的導(dǎo)通電阻很小，因此IF迅速增大，令TOP202Y的IC↑，占空比D↓，IO↓，開關(guān)電源進(jìn)入截流區(qū)。進(jìn)一步分析可知，R3上的電流是與UO成正比的，隨著UO的繼續(xù)降低，IR3↓→US↑→UBE2↑→IF↑→IC↑→D↓→IO↓，這就形成了電流正反饋，其效果是讓IO進(jìn)一步減小，對(duì)負(fù)載起到截流保護(hù)作用。

（3）當(dāng)UO≤1.5V時(shí)，由于VT2達(dá)到飽和狀態(tài)，截流控制作用失效，改由LED的正向壓降 UF=1.2V進(jìn)行限流。在負(fù)載短路時(shí)，短路電流ISS≈2.2A。

5恒功率型開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)

5.1恒功率型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)思想

恒功率型單片開關(guān)電源的特點(diǎn)是，當(dāng)輸出電壓UO降低時(shí)，利用恒功率控制電路迫使輸出電流IO增大，使二者乘積IO·UO不變，輸出功率PO保持恒定。這種開關(guān)電源可作為高效、快速、安全的電池充電器，對(duì)筆記本電腦中的電池進(jìn)行充電。恒功率輸出特性近似為一條雙曲線。

5.2恒功率型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)示例

由TOP202Y構(gòu)成的15V、15W恒功率型開關(guān)電源，電路如圖6所示。當(dāng)輸出電壓從15V（即100％·UO）降至7.5V（即50％·UO）時(shí)，恒功率準(zhǔn)確度可達(dá)±10％。恒功率控制電路由VT1、VT2、VDZ3～VDZ5、R1～R7構(gòu)成。VT1工作在飽和區(qū)。VT1和VT2應(yīng)選參數(shù)一致性很好的3DK4B型開關(guān)管。R1為電流檢測電阻，VT2用來監(jiān)視R1上的壓降。該電路具有溫度補(bǔ)償特性，能對(duì)VT1、VT2的偏壓以及輸出電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償。恒功率控制電路由5部分組成：

（1）恒流源電路（VDZ4、R7、R3），給偏壓電路提供恒定的集電極電流IC1；

（2）帶溫度補(bǔ)償?shù)钠珘弘娐罚╒T1、R2），其作用是給VT2提供偏置電壓UB1，它的發(fā)射結(jié)壓降UBE1與UBE2相等且具有相同的溫度系數(shù)；

（3）電流檢測電阻（R1）；

（4）電壓補(bǔ)償電路（VDZ2、R6、R4），可對(duì)VT2的發(fā)射結(jié)電壓UBE2進(jìn)行補(bǔ)償；

（5）電壓調(diào)節(jié)電路（IC2、VDZ2、R5），利用帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路使UO在恒壓區(qū)內(nèi)保持恒定。

當(dāng)IO較小時(shí)VT2截止，而VDZ2處于穩(wěn)壓區(qū)，開關(guān)電源工作在恒壓輸出方式下，UO=15V，此時(shí)恒功率控制電路不工作。設(shè)VT2的基極偏壓為UB2，僅當(dāng)UB2＋UR1=UBE2時(shí)，VT2才開始導(dǎo)通，而VDZ2立即截止，電路就從恒壓控制迅速轉(zhuǎn)入恒功率控制，并按下述正反饋過程UO↓→IO↑→UR1↑→IF↓→IC↓→D↑→IO↑，使PO保持不變。

恒功率型開關(guān)電源的輸出特性如圖7所示。從圖中可見，當(dāng) UO=15V時(shí)IO=1.02A，PO1=15V×1.02A=15.3W；UO=7.5V時(shí)IO=2.07A，PO2=15.5W。顯然，PO1≈PO2，這就是恒功率輸出的特點(diǎn)。