常见的6款电源设计及原理图做参考
第一款:
如果使用双输出反激式电源在两个输出端子(5V2A和12V3A,均可调±5%)上提供实际功率,则当电压达到12V时,它将进入零负载状态并在此范围内(限制为5%)进行调整,线性稳压器是一个可行的解决方案,但由于价格高昂且效率低下,它们并不是理想的解决方案。
我们建议的解决方案是使用具有12V输出的磁放大器,反激拓扑也是可用的,为了降低成本,我们建议使用铁氧体磁放大器。但是,铁氧体磁放大器的控制电路与传统的矩形磁滞回线材料(高磁导率材料)的控制电路不同,铁氧体控制电路(D1和Q1)可以吸收电流以维持输出功率,该电路已经过全面测试,变压器绕组设计用于5V和13V输出,该电路可实现12V输出±5%的调节,并可达到小于1W的输入功率(5V300mW和12V零负载)。
使用现有的电弧抑制电路提供过电流保护
第二款:
考虑5V2A和12V3A反激电源。电源的关键规格之一是当12V输出达到空载或负载非常轻时,为5V输出提供过功率保护(OPP)。这两个输出端的电压调节要求为±5%。
通常的解决方案是使用感测电阻器,这会降低交叉调节性能并使保险丝更加昂贵。现在有一个用于过压保护(OVP)的消弧电路。该电路可以同时满足OPP和电压稳定的要求,并且可以通过使用一部分消弧电路来实现此功能。
从图2可以看出,R1和VR1形成具有12V输出的有源虚拟负载,当12V输出负载很轻时,可以实现12V电压调节。如果5V输出端子过载,则5V输出端子上的电压将下降。大量电流流过虚拟负载。您可以使用R1上的压降来检测大量电流。Q1打开,OPP电路被触发。
有源并联稳压器和虚拟负载
第三款:
在电源产品从线电压AC切换到低压DC方面,反激是当前最常见的拓扑。这样做的主要原因之一是其独特的成本效益,即只需在变压器的次级侧增加绕组即可提供多个输出电压。
通常,反馈来自对输出公差要求最严格的输出端子。该输出定义了所有其他次级绕组的每伏匝数。由于漏感的影响,输出端子无法始终获得所需的输出电压交叉调节。如果特定输出端子上没有负载,或者由于其他输出端子的满负载而造成的负载非常轻,则尤其如此。福利:回复电子爱好者网络的官方帐户信息,并获得模块信息收集的免费副本
在这些情况下,可以使用后级稳压器或虚拟负载来防止输出电压升高。但是,后级稳压器或虚拟负载会导致成本增加和效率降低,这使其对于空载和/或待机输入功耗的吸引力不足,尤其是在近年来的各种消费类应用中。由于更严格的法规要求,这种设计已开始被忽略。图3所示的有源并联稳压器不仅解决了电压调节问题,而且将对成本和效率的影响降至最低。
电路的工作模式如下:如果两个输出端子均在电压调节范围内,则电阻分压器R14和R13偏置晶体管Q5,从而使Q4和Q1保持截止。在这些工作条件下,通过Q5的电流在5V输出时起很小的虚拟负载的作用。
5V输出端子和3.3V输出端子之间的标准差为1.7V。如果负载需要来自3.3V输出端子的额外电流,而5V输出端子输出的负载电流没有增加相同的量,则其输出电压将比3.3V输出端子电压增加。由于电压差超过约100 mV,因此Q5被偏置,Q4和Q1导通,电流从5V输出流向3.3V输出。该电流降低了5V输出端子处的电压,并减小了两个输出端子之间的电压差。
Q1中的电流量取决于两个输出端子之间的电压差。因此,该电路可以将两个输出端子保持在稳压状态,而不受负载的影响。即使在最坏的情况下,3.3V输出端子具有满负载而5V输出端子没有负载,也可以保持稳压。 Q5和Q4设计可以提供温度补偿,因为每个晶体管的VBE温度变化可以相互抵消。二极管D8和D9并不是必需的设备,但可用于减少Q1的功耗,而无需在设计中添加散热器。
该电路仅响应两个电压之间的相对差,并且在满载和轻载条件下基本上不工作。与接地并联稳压器相比,并联稳压器从5V输出连接至3.3V输出,从而将电路的有功功耗降低了66%。结果,它在满负载时保持了高效率,从轻载到空载都保持了低功耗。
使用StackFET的高压输入开关电源
第四款:
使用三相交流电的工业设备通常需要一个辅助电源级,该电源级可以为模拟和数字电路提供稳定的低压直流电。此类应用的示例包括工业驱动器,UPS系统和电表。
这种类型的电源的规格比标准的现成开关所需的规格严格得多。在这些应用中,不仅输入电压很高,而且为工业环境中的三相应用而设计的设备非常宽泛,例如延长的跌落时间,电涌和一相或多相的意外损耗,您必须承受波动。此外,这种辅助电源的指定输入电压范围可以达到57 VAC至580 VAC。
设计如此广泛的开关电源是一项主要挑战,这主要是由于高压MOSFET的高成本以及传统PWM控制环路的动态范围有限所致。 StackFET技术使您可以使用额定电压为600V的廉价低压MOSFET和Power Integrations的集成电源控制器来设计可在较宽输入电压范围内工作的简单,廉价开关电源。
电路的工作模式如下:电路输入电流来自三相,三线或四线系统或单相系统。三相整流器由二极管D1至D8组成。电阻R1至R4可提供浪涌电流限制。使用易熔电阻器时,如果发生故障,可以安全地熔断这些电阻器,而无需单独的保险丝。 pi滤波器由C5,C6,C7,C8和L1组成,它们可以对直流电压进行滤波和整流。
电阻R13和R15用于平衡输入滤波电容器之间的电压。
“当内部开关(U1)的MOSFET导通时,Q1的源极被拉低,R6,R7和R8提供栅极电流,VR1和VR3的结电容导通Q1。VR4用于限制施加到Q1的栅极-源极电压。当U1的MOSFET关闭时,U1的最大漏极电压是通过一个由VR1,VR2和VR3组成的450V钳位网络进行钳位的,这将U1的漏极电压限制在450V附近。 。
连接到Q1的绕组末端的附加电压施加到Q1。这种设计允许在Q1和U1之间有效分配整流后的输入DC电压和反激电压的总量。电阻器R9用于限制开关周期内的高频振荡。由于反激间隔期间的漏感,钳位网络VR5,D9和R10用于限制初级侧的峰值电压。
输出整流由D1提供。 C2是输出滤波器。L2和C3形成一个二次滤波器,以减少输出端的开关纹波。
当输出电压超过光耦合二极管和VR6的总压降时,VR6接通。随着输出电压的变化,流经U2光电耦合器二极管的电流也随之变化,这又改变了流经U2B晶体管的电流。如果该电流超过U1的FB引脚阈值电流,则下一个周期被抑制。输出电压调节可通过控制使能和禁止周期数来实现。当开关周期打开时,当电流上升到U1内部电流极限时,周期结束。 R11用于限制瞬态负载期间流经光耦合器的电流,并调节反馈环路的增益。电阻器R12用于偏置齐纳二极管VR6。
由于IC U1(LNK 304)具有内置功能,因此可以在反馈信号丢失,输出端子短路或过载的情况下保护电路。U1的漏极引脚直接供电,从而消除了变压器中额外偏置绕组的需要。C4用于提供内部电源的去耦。
选择合适的整流二极管可以简化AC/DC转换器的EMI滤波电路并降低成本。
第五款:
该电路可以简化AC/DC转换器的EMI滤波电路,并降低成本。为了使AC/DC电源符合EMI标准,需要使用大量的EMI滤波器,例如X和Y电容器。AC/DC电源的标准输入电路包括一个桥式整流器,用于整流输入电压(通常为50-60 Hz)。由于这是低频交流输入电压,因此可以使用标准二极管,例如1N400X系列二极管。另一个原因是这些二极管最便宜。
这些滤波器设备用于减少电源产生的EMI,以符合公布的EMI限制。但是,用于记录EMI的测量仅始于150 kHz,并且交流线路电压频率仅为50或60 Hz,因此,桥式整流器中使用的标准二极管(参见图1)具有反向恢复时间,因此恢复时间会更长。它通常与EMI的产生没有直接关系。
然而,常规的输入滤波器电路有时包括与桥式整流器并联连接的电容器,以便抑制由于低频输入电压的整流而引起的高频波形。
如果您将快速恢复二极管用于桥式整流器,则不需要这些电容器。当这些二极管之间的电压开始反向时,它们的恢复速率将变得非常快(见图2)。这样,可以通过减少随后的高频关断和EMI的快速变化来减少AC输入线的杂线电感的激励。四个二极管中只有两个是快速恢复型的,因为每个半周期可以打开两个二极管。同样,对于每个半周期运行的两个二极管,只有一个二极管应具有快速恢复的特性。
图6:典型的SMPS输入级,带有用于交流输入的桥式整流器。
图7:输入电压和电流波形显示了反向恢复结束时二极管的突然变化。
使用软启动禁止低成本输出并抑制电流尖峰
第六款:
为了满足严格的备用电源规格,某些多输出电源被设计为在备用信号处于活动状态时断开输出连接。
在正常情况下,可以通过关闭串联旁路双极晶体管(BJT)或MOSFET来实现上述目标。对于低电流输出,如果在设计电源变压器时考虑到晶体管的额外压降,则BJT可以以较低的成本替代MOSFET,这是一个不错的选择。
图10显示了一个简单的BJT系列旁路开关,其电压为12V,输出电流强度为100mA,并且具有超级电容器(CLOAD)。晶体管Q1是串联旁路元件,并且开关根据待机信号的状态由Q2控制。电阻R1的值经过了额定,以便Q1具有足够的基极电流,以在最小β和最大输出电流下饱和运行。 PI建议添加一个电容器(Cnew)来调节导通时的瞬态电流。如果未添加Cnew,则Q1接通后将立即进入电容性负载,从而产生较大的电流尖峰,要调整瞬态尖峰,如果需要增加Q1的容量,这会导致成本增加。
在Q1中用作额外的“镜像电容器”,Cnew可以消除电流尖峰。这种额外的容量可能会限制Q1收集器的dv/dt值。 dv/dt值越小,流过Cload的充电电流越小。指定Cnew的电容值,以使通过将Q1的理想输出dv/dt值乘以Cnew的值而获得的值等于流过R1的电流。
图8:简单的软启动电路可以减少待机输出并消除导通电流尖峰,从而允许使用小型晶体管(Q1)来保持低成本。