基于TOPwitchⅡ的单片开关电源设计与实现

2021-06-20 02:04字体:
  

  守旧的线性稳压电源有着输出电压安静度高,纹渡电压小的利益,是一种极其牢靠的电源。但其过失是电源效力低,须要运用笨重宏壮的工频变压器。为了找到一种新型的电源,人们

  20世纪60年代创造白自激振荡推挽晶体管单变压器和直流式推挽双变压器,从而完成了高频转换支配电途,并由此产生了晶闸管(旧称可控硅)相位支配式开闭电源,况且用辞别元件制成了开闭电源,但终因技巧题目,效力不高、开闭频率很低,况且电途丰富、调试困穷,难于扩展,其运用也受到极大的节制。直到70年代后期,跟着集成电途打算与制制技巧的先进,大功率硅晶体管耐压普及、二极管反向光复年光缩短,种种开闭电源专用芯片大宗问世,最终去掉了工频变压器和低频滤波电感。因为使用体积很小的高频变压器来完成电压变换及电网隔绝,所以大大减小了整机的体积和重量,同时也普及了就业效力。

  从图2能够纯粹概述出开闭电源的根本道理:50Hz单交友流220 v电压通过EMI防电磁滋扰电源滤波器整流滤波后,再将滤波后的直流电压经变换电途变换为数十或数百千赫兹的高频方波或准方渡电压,然后通过高频变压器隔绝并降压(或升压)后,再经高频整流、滤波电途,最终输出直流电压。毕竟上,通过采样、对照、放大、支配和驱动电途来支配变换器中功率开闭管的占空比,便能取得安静的输出电压。

  从能量角度了解,因为高频变压器低级绕组Np的极性与次级绕组Ns、反应绕组NF的极性相反,所以,当TOPSwitch芯片导通时,次级整流管VD2截止,此时电能以磁能阵势存储正在低级绕组中;而当TOPSwitch芯片截止时,Vn2导通,能量将传输给次级。

  看待图1电途,反应绕组电压通过VD3和CP整流滤波后,将取得的反应电压VFB,经光耦合器中的光敏三极管给TOPSwitch芯片的支配端供应偏压。为了更好的稳压,支配端c的旁途电容由两个稳压管和一个电解电容构成。设稳压管VDZ2的安静电压为Vz2,限流电阻R1两头的压降为VR,光耦台器中LED发光二极管的正向压降为VF,那么,输出电压V0可显露为:

  当某种因为(如交换电压升高或负载变轻)以致V0升高时,流过LED的电流IF增大,通过光耦合器调理使TOPSwitch芯片的支配端电流IC增大。因为TOPSwitch芯片的输出占空比D与IC成反比,故正在D减小时,会迫使V0下降,从而到达稳压的宗旨。反之,D增大,将迫使V0升高,同样也可到达稳压的成就。由此可睹,反应电途恰是通过调理TOPSwiteh芯片的占空比,来使输出电压趋于安静的。

  TOPSwitch-Il芯片的内部组织如图3所示,它首要包罗支配电压源、带隙基准电压源、高压电流源、并联调度器,偏差

  、振荡器、门驱动级和输出级、脉宽调制器、过电流包庇电途、过热包庇及上电复位电途、闭断,自愿重启动电途等十个别。

  支配电压源首要用于向并联调度器和门驱动级供应偏置电压。它有两种就业形式,一种是滞后调理形式。用于启动和过载这两种境况,具有延迟支配效率;另一种是并联调理形式,用于辞别偏差信号和支配电途的高压电流源。

  带隙基准电压源可向内部供应种种基准电压,也能够发作一个具有温度赔偿且能调度的电流源,可用于正确设定振荡器频率和门驱动级电流。

  正在启动或启动之后的调理形式下,高压电流源可通过电子开闭给内部电途供应偏置,并对支配端与源极之间的旁途电容举办充电。电源平常就业时,电子开闭改接内部电源,并将高压电流源闭断。

  并联调度器的效率是当加到支配端的反应电流横跨所需电流值时,通过并联调度器举办分流,从而保障支配电压为5.7 V(规范值)。偏差

  的同相输入端接5.7 v精细基准电压可作参考电压;输出端接一只P沟道场效应管,可起缓冲放大效率。反相输人端接支配极反应取样电压,偏差

  内部振荡电容正在所设定的上、下阈值电压之间周期性的充、放电,能够发作脉宽调制所须要的锯齿波、最大占空比信号和时钟信号。振荡器的固定频率为100 kHz。通过调理基准电流可普及频率确凿度。

  脉宽调制器是电流反应式支配电途。流入支配极的电流正在电阻RE两头发作压降,并经Rc低通滤波后,能够滤掉开闭噪声电压,然后输入到PWM支配器的同相端与振荡器输出的锯齿波电压比拟较,从而发作脉宽调制信号。脉宽调制信号通过与门、或门之后。可将触发器置零,以使Q=0并把MOSFET闭断;而时钟信号再把触发器置1,Q=1,从而又使MOSFET导通,由此即可完成脉宽调制信号的功率输出。其它,时钟信号还起到同步效率。PwM支配器的输出脉冲宽度与支配极电流Ic成反比,用该信号驱动MOSFET管能够完成稳压支配。

  为了删除TOPSwitch-Ⅱ芯片的功耗,正在电途横跨调度状况时(即调理失控),闭断,自愿重启动电途会立时以5%的占空比接通和闭断电源,滞碍倾轧后,支配电压又回到并联调理形式,尔后自愿重启动电源光复平常就业。自愿重启动的频率为1.2Hm。

  固然开闭电源曾经发扬出极端卓着的本能,但与同功率的线性电源比拟,其输出直流电压的纹渡含量照样大的众。为了下降开闭电源的纹波含量,能够把单片开闭电源作为前级稳压器,用其输出直流电压为线性集成稳压器供电,再进一步稳压,从而完成上风互补,以组成理念的高效精细稳压电源。

  图4所示是一种适用的精细复合式双途输出开闭稳压电源的组织图,图5是其的确电途。该电途计划它具有输出纹波电压低、效力高、体积小和重量轻等利益。

  此例是一个+5 v和+3.3 v的双途输出开闭电源。若主输出U01为+5 v,辅输出U02为+3.3 V,则可行为激光打印机、看守器的电源。若将+3 3 v打算成主输出,+5 v行为辅输出,即可行为条记本电脑的开闭电源。为普及+3.3 v输出电压的安静度,正在输出端还可扩张一片可调式精细并联稳压器TL431。该电源的根本参数如下;

  单片开闭电源具有高集成度、高性价比、最简外围电途、最优本能目标等特性。本文先容的双途输出精细复合式开闭稳压电源采用TOPSwiteh-器件行为前级稳压器,来给低压差线供应直流输人电压,然后使用低压差线性稳压器取得高质地的稳压输出。因为两途输出折柳为+5 v和+3.3 v,因此,该实例既能够做激光打印机、看守器的电源,也能够做条记本电脑的开闭电源。该复合式开闭电源采用了较新的电途组织,填补了开闭电源输出纹波较大和线性电源体积大、功耗大的亏欠,所以具有肯定的改进性和优秀性。

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