??? 摘 要：提出了一種基于恒流" title="恒流">恒流驅動模式的能在10V～100V寬電壓" title="寬電壓">寬電壓范圍內工作的串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源,，這種開關電源" title="開關電源">開關電源采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式，使開關管" title="開關管">開關管在寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓，因此效率高,、工作穩(wěn)定,、成本低,?？蓱迷诠I(yè)用各種報警器產品和爆閃式信號燈中。
??? 關鍵詞：寬電壓?恒流驅動?效率高?成本低
?
??? 隨著電源市場的全球化,，一些開關電源廠商各自采用正激[1],、反激[2]、交錯并聯(lián)控制[3]等方式實現(xiàn)了90V～600V的交流電壓的寬電壓輸入,，而各種工業(yè)用電子產品又要求具有直流電壓的寬電壓特性,，一般為12V～30V,但近年來這個范圍已經顯得不夠寬，因此12V～48V的產品頻頻出現(xiàn),，例如：韓國的S80S-DC,、S125S-DC爆閃式信號燈和SEWN50-DC警報器等，現(xiàn)在很多用戶開始提出10V～80V的寬電壓產品,。因此,，研究在10V～100V范圍內能夠穩(wěn)定工作的開關電源勢在必行。
??? 高速大功率MOSFET生產技術正迅速發(fā)展，使得MOSFET的工作頻率越來越高,，并且驅動方式穩(wěn)定,，價格越來越低廉，因此廣泛應用在各種開關電源中,。串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源雖具有調壓范圍寬,、穩(wěn)定性好、控制線路簡單等特點,，但其調整管的功耗大,，耐壓不是很高[4],。集成電路組成的串聯(lián)式開關電源具有效率高,、體積小、使用方便等特點,，如L4960,、LM2576、K34063等,，但最大輸入電壓" title="輸入電壓">輸入電壓一般在50V以下[5-6],，且由于采用固定頻率的PWM方式，因此輸入電壓必須高于輸出電壓時才能穩(wěn)定工作,，在實際應用中受到了一定的限制,。
??? 筆者提出的開關電源采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式，使開關管在寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓,，因此效率高,、工作穩(wěn)定、成本低,?？蓱迷诠I(yè)用各種報警器產品和爆閃式信號燈中，以低成本實現(xiàn)寬電壓特性,，可提高產品的競爭力,。
1 通用串聯(lián)型開關電源的工作原理及優(yōu)缺點
?? 通用串聯(lián)型開關電源的框圖如圖1所示。輸出電壓取樣后經過誤差放大器放大后控制PWM發(fā)生器產生脈沖,，脈沖經過限流電阻后驅動開關管工作,。開關管導通時電感儲存能量的同時給濾波電容和負載同時供電，開關管斷開時電感上儲存的能量釋放使負載得到較穩(wěn)定的連續(xù)電流,，因此這種電源在小電感下可傳輸較大的功率,，但由于其輸入電壓在寬范圍內變化，很難選擇合適的限流電阻,。如果選擇小的限流電阻,，低電壓下的驅動特性較好，但高電壓時由于電阻上的損耗過大、開關管過飽和使得開關特性變差,；選擇大的限流電阻時,，高電壓下驅動特性較好，但低電壓時由于開關管工作在線性區(qū)而導致其過熱,。
?????????????????????? 
2 恒流驅動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關電源
2.1電路的組成
??? 恒流驅動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關電源的框圖如圖2所示,。為了在驅動級上實現(xiàn)低損耗，必須控制驅動電流使開關管在小電流下獲得較理想的驅動波形,。MOSFET是電壓控制器件,，具有高輸入阻抗，且只需控制電壓,，但具有較大的輸入電容,，大約為500pF～1500pF, 因此采用恒流驅動方式控制MOSFET進行開關時，若不采取特殊措施,，則控制脈沖邊沿特性變差,，開關損耗大，會嚴重發(fā)熱,。
??????????????????????? 
??? 圖3為實際電路圖,。由Q4、Q3,、R6組成施密特比較器,，產生開關信號。由D5,、D6,、R3、R1,、D1組成的電路使施密特比較器工作在恒流狀態(tài)下,，C4加速電容使脈沖下降沿非常陡。由Q2,、R2,、D3組成驅動級保證MOSFET迅速開關，C3起軟驅動作用,上電時通過R1對C3充電,，G點的電壓逐漸上升,Q3的輸出電流也逐漸增大,。
????????????????????? 
2.2 恒流驅動模式的工作原理
??? 通常組成施密特比較器的Q4、Q3都工作在開關方式,，而圖3中Q4是按開關方式工作,，Q3則工作在放大區(qū)和截止區(qū)。當Q4截止時,，由于D5,、D6的存在,，使Q3進入恒流狀態(tài)，輸出電流由式(1)決定,。為了得到較好的驅動波形,，把本電路的恒流電流設定為10mA,則該電流在R2兩端產生的壓降就是場效應管的柵-源電壓VGS，設定為10V,，使MOSFET飽和導通,。
??? 
??? 圖3中VF≈1V,施密特比較器的兩個比較點電壓分別為VH和VL，由式(2)和式(3)決定,。
??? 
??? 
??? 由于加速電容C4的作用,實際工作時,，MOSFET的柵-源極輸入脈沖的下降沿非常陡，且又由于柵-源極輸入電容的作用,，使VGS 波形具有一定的斜率,，這有利于MOSFET的飽和導通。圖4為驅動波形,。
?????????????????????? 
??? 圖5為當輸出電壓為10V,、電流為2A時,，在不同輸入電壓狀態(tài)下,，圖3中A點和B點的實測波形。由圖5可知,當輸入電壓為13V時,，MOSFET關斷時間很短,，當輸入電壓為10V時,MOSFET則一直導通。
?????????????????????? 
2.3 MOSFET驅動級的工作原理
??? 由Q2,、R2,、D3組成驅動級，使MOSFET迅速關閉,。Q3在恒流源狀態(tài)工作時由于C4的作用,，下拉的驅動能力很強，下拉時D3導通使Q1迅速飽和,。上拉能力取決于R2,如果不加Q2直接驅動Q1,，則由于Q1的輸入電容，脈沖的上升沿較緩慢,Q1不能迅速截止,，因此加Q2的作用是提高上拉能力,，使Q1迅速截止。
2.4 恒流源的動態(tài)特性
??? 由圖5可以看出,恒流源在輸入不同電壓時,，在R2兩端產生的電壓VGS應始終保持10V左右,，以保證在寬電壓范圍內可靠工作。為了驗證快速動態(tài)跟蹤性能,，在輸入端上加了50Hz,、60V的交流電壓,，圖6為當輸入電壓為交流時，圖3中A,、B點及VG S的工作波形,。從中可以看出，當輸入電壓在很大范圍內改變時,，VG S 近似保持在10V左右,，即圖中陰影帶部分。
??? 實驗結果表明,采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式的開關電源,，能夠使開關管在10V～100V寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓,，因此效率高、工作穩(wěn)定,、電路簡單,。
參考文獻
[1]?顧亦磊,顧曉明,呂征宇，等.一種新穎的寬范圍雙管正激型DC/DC變換器[J].中國電機工程學報,2005,25(2):
?44-48.
[2]?陳穎,尹華杰.一種具有較寬輸入電壓范圍的電源適配器的設計[J].通信電源技術,2006,23(4):44-46.
[3]?蘆煒,吳新科,錢照明.一種交錯并聯(lián)控制的寬范圍輸入直流變換器[J].電力電子技術,2006,40(6):87-89.
[4]?劉華毅,，李霞,，徐景德.基于單片機的寬范圍連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源[J].電力電子技術,2001,35(6):7-8.
[6]?王恒.基于LM2576的高可靠MCU電源設計[J].中國西部科技,2006(29):22-23.