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探討高壓輸入開(kāi)關(guān)電源的設計技巧

2022-09-15
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使用三相交流電進(jìn)行工作的工業(yè)設備常常需要一個(gè)可以為模擬和數字電路提供穩定低壓直流電的輔助電源級。此類(lèi)應用的范例包括工業(yè)傳動(dòng)器、UPS系統和能量計。

  此類(lèi)電源的規格比現成的標準開(kāi)關(guān)所需的規格要嚴格得多。不僅這些應用中的輸入電壓更高,而且為工業(yè)環(huán)境中的三相應用所設計的設備還必須容許非常寬的波動(dòng)—包括跌落時(shí)間延長(cháng)、電涌以及一個(gè)或多個(gè)相的偶然丟失。而且,此類(lèi)輔助電源的指定輸入電壓范圍可以達到57 VAC至580 VAC之寬。

  設計如此寬范圍的開(kāi)關(guān)電源可以說(shuō)是一大挑戰,主要在于高壓MOSFET的成本較高以及傳統的PWM控制環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍的限制。StackFET技術(shù)允許組合使用不太昂貴的、額定電壓為600V的低壓MOSFET和Power Integrations提供的集成電源控制器,這樣便可設計出簡(jiǎn)單便宜并能夠在寬輸入電壓范圍內工作的開(kāi)關(guān)電源。

  探討高壓輸入開(kāi)關(guān)電源的設計技巧

  圖1:采用StackFET技術(shù)的三相輸入3W開(kāi)關(guān)電源

  該電路的工作方式如下:電路的輸入端電流可以來(lái)自三相三線(xiàn)或四線(xiàn)系統,甚至來(lái)自單相系統。三相整流器由二極管D1-D8構成。電阻R1-R4可以提供浪涌電流限制。如果使用可熔電阻,這些電阻便可在故障期間安全斷開(kāi),無(wú)需單獨配備保險絲。pi濾波器由C5、C6、C7、C8和L1構成,可以過(guò)濾整流直流電壓。

  電阻R13和R15用于平衡輸入濾波電容之間的電壓。

  當集成開(kāi)關(guān)(U1)內的MOSFET導通時(shí),Q1的源端將被拉低,R6、R7和R8將提供柵極電流,并且VR1到VR3的結電容將導通Q1。齊納二極管VR4用于限制施加給Q1的柵極源電壓。當U1內的MOSFET 關(guān)斷時(shí),U1的最大化漏極電壓將被一個(gè)由VR1、VR2和VR3構成的450 V箝位網(wǎng)絡(luò )箝位。這會(huì )將U1的漏極電壓限制到接近450 V。

  與Q1相連的繞組結束時(shí)的任何額外電壓都會(huì )被施加給Q1。這種設計可以有效地分配Q1和U1之間的整流輸入直流電壓和反激式電壓總量。電阻R9用于限制開(kāi)關(guān)切換期間的高頻振蕩,由于反激間隔期間存在漏感,箝位網(wǎng)絡(luò )VR5、D9和R10則用于限制初級上的峰值電壓。

  輸出整流由D1提供。C2為輸出濾波器。L2和C3構成次級濾波器,以減小輸出端的開(kāi)關(guān)紋波。

  當輸出電壓超過(guò)光耦二極管和VR6的總壓降時(shí),VR6將導通。輸出電壓的變化會(huì )導致流經(jīng)U2內的光耦二極管的電流發(fā)生變化,進(jìn)而改變流經(jīng)U2B內的晶體管的電流。當此電流超出U1的FB引腳閾值電流時(shí),將抑制下一個(gè)周期。輸出穩壓可以通過(guò)控制使能及抑制周期的數量來(lái)實(shí)現。一旦開(kāi)關(guān)周期被開(kāi)啟,該周期便會(huì )在電流上升到U1的內部電流限制時(shí)結束。R11用于限制瞬態(tài)負載時(shí)流經(jīng)光耦器的電流,以及調整反饋環(huán)路的增益。電阻R12用于偏置齊納二極管VR6。

  IC U1 (LNK 304)具有內置功能,因此可根據反饋信號消失、輸出端短路以及過(guò)載對該電路提供保護。由于U1直接由其漏極引腳供電,因此不需要在變壓器上添加額外的偏置繞組。C4用于提供內部電源去耦。


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