超寬輸入范圍工業(yè)控制電源的設(shè)計(jì)

圖3 懸浮式電流源的電路

ZTX558和ZTX458均為英國(guó)Zetex半導(dǎo)體公司（Zetex Semiconductors）生產(chǎn)的高反壓晶體管。其中，ZTX558屬于PNP型高反壓晶體管，主要參數(shù)為當(dāng)基極開(kāi)路時(shí)集電極-發(fā)射極的反向擊穿電壓U(BR)CEO＝－400V，當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極C基極的反向擊穿電壓（亦即集電結(jié)反向擊穿電壓）U(BR)CBO＝－400V，最大集電極電流ICM＝－200mA，共發(fā)射極電流放大系數(shù)hFE≤300，最大功耗PCM＝1W。ZTX458則屬于NPN型高反壓晶體管，主要參數(shù)為U(BR)CEO＝400V，U(BR)CBO＝400V，最大集電極電流ICM＝300mA，hFE≤300，PCM＝1W。

18～265V的交流電壓經(jīng)過(guò)VD2半波整流后，得到呈脈動(dòng)直流的偏置電壓UB，加至懸浮式電流源的輸入端。該電流源能在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)向TNY280P的BP/M端大約提供600μA的恒定電流。首先假定該電路只用晶體管VT2，則可認(rèn)為由穩(wěn)壓管VDZ1給VT2的基極提供一個(gè)參考電位UB2。由于VT2的發(fā)射結(jié)電壓（UBE2）與R5上的壓降（UR5）之和就等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值UZ，而當(dāng)環(huán)境溫度不變時(shí)UBE2近似為恒定電壓，因此UR5也為一個(gè)固定電壓，利用R5即可設(shè)定恒流值。然而，實(shí)際上交流輸入電壓的范圍很寬，由穩(wěn)壓管提供的偏置電流的變化范圍很大，這會(huì)導(dǎo)致所設(shè)定的恒流值發(fā)生偏移。要克服上述難題，需要由PNP型晶體管VT1和R4再提供一個(gè)恒定的偏置電流。令VT1的發(fā)射結(jié)電壓為UBE1，通過(guò)R4所設(shè)定的恒定偏置電流IB1＝UBE1/R4。顯然，IB1不受輸入電壓變化的影響。

偏置電壓（UB）與總偏置電流（IB）的關(guān)系曲線如圖4所示。由圖可見(jiàn)，VT2在較低輸入電壓下提供恒定偏置電流IB2，而VT1在較高輸入電壓下提供恒定偏置電流IB1。具體可分為以下3種情況：

圖4 偏置電壓與總偏置電流的關(guān)系曲線

1 當(dāng)偏置電壓UB≈50V（即整流濾波后的直流輸入電壓UI≈50V）時(shí)，由VT2給TNY280P提供恒定的偏置電流IB2，此時(shí)總偏置電流IB＝IB2。

2 當(dāng)偏置電壓UB＞50V時(shí)，流過(guò)VT2的電流將線性地減小，而流過(guò)VT1的電流線性地增大，此時(shí)由VT1、VT2共同給TNY280P提供恒定的偏置電流，總偏置電流IB＝IB1＋I(xiàn)B2，其中的IB2＞IB1。

3 當(dāng)偏置電壓達(dá)到最大值（UB＝375V）時(shí)，主要由VT1提供恒定的偏置電流，IB＝IB1＋I(xiàn)B2，但其中的IB1＞IB2。

該電路所提供的總偏置電流IB≈600μA。
18～265V交流輸入電壓經(jīng)過(guò)由VD1、C1和C2組成的半波整流濾波電路，獲得直流輸入電壓UI，為反激式開(kāi)關(guān)電源提供高壓直流。C1、C2還與電感器L構(gòu)成π形濾波器，用于降低串模電磁干擾。在高頻變壓器的一次繞組與二次繞組之間使用了Y電容C7，可濾除共模干擾。一次側(cè)鉗位電路由VD3（1N4007GP）、R1、R2和C3組成。整流管VD5采用BYV27-200型2A/200V的超快恢復(fù)二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間trr＜25ns。輸出電壓由穩(wěn)壓管VDZ2、光耦合器PC817A中的LED壓降之和來(lái)設(shè)定。VDZ2采用4.3V穩(wěn)壓管1N5229B，LED的正向壓降近似為1V，所設(shè)定的空載輸出電壓為5.3V。

TNY280P采用開(kāi)/關(guān)控制方式，它經(jīng)過(guò)光耦合器來(lái)接收二次繞組的反饋電壓，再通過(guò)使能或禁止內(nèi)部MOSFET的開(kāi)/關(guān)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。一旦從EN/UV端流出的電流超過(guò)關(guān)斷閾值電流（115μA），將跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期；當(dāng)EN/UV端流出的電流小于關(guān)斷閾值電流時(shí)，開(kāi)關(guān)周期將重新使能。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1 高頻變壓器采用EF20型鐵氧體磁心，一次繞組用Φ0.33mm漆包線繞32匝。二次繞組用Φ0.40mm漆包線繞8匝。一次繞組的電感量LP＝278μH（允許有±12%的誤差），最大漏感量LP0＝12μH。一次繞組的最低諧振頻率為1MHz。

2 由于該電源的輸入電壓范圍非常寬，因此一次繞組的電感量LP必須足夠?。▽?shí)際選278μH），以便使TNY280P工作在連續(xù)模式的邊緣處。但是當(dāng)LP較小時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流上升率di/dt增大，必要時(shí)可選用TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品中輸出功率較大的芯片。

3 鉗位電路中R1的阻值不宜過(guò)小，否則會(huì)使空載功耗增大。