0 引言
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,,家電控制器的小型化,、輕便化和低成本要求使得電源也朝著輕便、小薄,、以及高效的方向發(fā)展,。雖然傳統(tǒng)的線性電源技術(shù)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟,也具有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊,,而且穩(wěn)定性能好,、輸出紋波電壓小、使用可靠,。但是,,其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器和隔離單元,而且濾波器的體積和重量也很大,,因而其電源效率很低,,一般只有45%左右,很難滿足電子設(shè)備發(fā)展的要求,。而開關(guān)電源由于不需要沉重的電源變壓器,,且具有體積小,、重量輕、輸入電壓范圍寬,、效率高的優(yōu)點(diǎn),,同時(shí),隨著開關(guān)電源的日趨高頻化,,其體積也更加小巧,,因此,開關(guān)電源在家電產(chǎn)品的應(yīng)用前景也更加廣闊,。
1開關(guān)電源的工作原理
開關(guān)型穩(wěn)壓電源通常采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān),,通過控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓。由于開關(guān)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài),,因而功耗小,,電路效率高。開關(guān)電源的種類很多,,按調(diào)整管與負(fù)載的連接方式可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型,,串連開關(guān)穩(wěn)壓電路為降壓型電路,并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路則是升壓型電路,。其調(diào)制方式可分為脈沖寬度調(diào)制 (PWM),、脈沖頻率調(diào)制(PFM)和混合調(diào)制。這其中尤以PWM最為盛行,,本文主要介紹PWM開關(guān)電源,。
一般情況下,各種方式開關(guān)電源的工作原理基本相同,,圖1所示為開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)方框圖,。開關(guān)電源的工作原理主要是根據(jù)輸入電壓的高低和輸出電壓的變化,通過反饋電路來控制開關(guān)的占空比,,以改變控制脈沖的寬度,,并將輸入的電壓變換成脈沖信號,再經(jīng)脈沖變壓器變壓后加到輸出整流濾波電路,,最后經(jīng)平滑濾波,,產(chǎn)生與輸出脈沖寬度成比例的直流輸出電壓。
PWM控制過程一般是在保持調(diào)整管開關(guān)周期T不變的情況下,,通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間Ton來調(diào)節(jié)脈沖占空比,,從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。目前,,很多廠家已經(jīng)推出了多種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源的控制器芯片,,他們大多都將開關(guān)管集成于芯片之中,且含有各種保護(hù)電路,。
2 VIPER12A智能開關(guān)電源芯片
VIPer12A是一款采用VIPer系列做控制元件的低成本單片智能開關(guān)電源IC,,其組件包括一個(gè)60 kHz的集成脈寬調(diào)制控制器和一個(gè)擊穿電壓為730 V的高壓功率MOSFET,,VIPer12A具有智能增強(qiáng)調(diào)整功能,其內(nèi)置有保護(hù)控制單元,,故其外部電路所需的元件數(shù)只有分立電路一半,,因此,非常符合家電控制器的設(shè)計(jì)要求,。
圖2所示是VIPerl2A的引腳排列圖,,該器件有SO8和DIP8兩種封裝形式。各引腳的功能如下:
SOURCE:源極引腳,,為內(nèi)部MOSFET的源極端和電路參考地:
FB:反饋引腳,,反饋輸入,,用于擴(kuò)展0~1 V反饋控制電壓范圍,,同時(shí)限定MOSFET的漏極電流峰值;
VDD:電源引腳,,用于給芯片內(nèi)部的控制電路提供電源,,同時(shí)它也與漏極高壓電流源相連。為了保證電源更為可靠,,其起動(dòng)開啟閾值(典型值)應(yīng)為14.5 V,,并應(yīng)在8 V時(shí)關(guān)閉;
DRAIN:漏極引腳,,為高壓功率開關(guān)MOS-FET的漏極端,,同時(shí)也可用于內(nèi)部高壓電流源和充電,其最高耐壓為730 V,。
3 應(yīng)用電路
圖 3所示是利用VIPer12A做控制元件的一種洗衣機(jī)和洗碗機(jī)控制器中的開關(guān)電源電路,。該電路通過耦合電感來實(shí)現(xiàn)兩路輸出的變換,其變換器是基于降壓型的 BUCK電路,。該電路采用離線模式工作,,具有很寬的輸入電壓范圍(從80~285V的交流電壓),可以提供Vout1為5 V,,Vout2為24V的兩路輸出,。兩路輸出都使用二極管來防止過壓,分別分別為圖中的VD04和VD05,。
本電路的輸入部分包括一個(gè)電阻RO1,、一個(gè)整流二極管VD01和一個(gè)濾波電容 C01。其中電阻是為了防止電流過大而設(shè)的保護(hù)電阻,。電容為濾波元件,,利用它可在二極管導(dǎo)通時(shí)儲存一部分能量,然后再逐漸釋放出,。濾波電容越大,,濾波效果越好,。但是,電容過大,,二極管的發(fā)熱也越嚴(yán)重,,由此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全方面綜合考慮,。
輸出電感L是在同一個(gè)鐵氧體磁芯上繞有兩個(gè)耦合繞組的電感器,,利用正確的匝比和耦合因子可以得到正確的輸出電壓,該電路中使用的是1.5 mH的電感,。
反饋電路由穩(wěn)壓管DZ02,、三極管G01、二極管VD03,、電容C04以及電阻R02和R03組成,。VIPer12A的啟動(dòng)電壓是14.5 V,關(guān)閉電壓是8V,。通電后,,電路先對C03充電到14.5 V電壓,當(dāng)達(dá)到Vdd的開啟電壓時(shí),,VIPer12A開始工作,,MOS-FET開始開關(guān)動(dòng)作。5 V和24 V輸出是通過變壓器的匝比得到的,。當(dāng)5 V輸出減小時(shí),,由于DZ02穩(wěn)壓管上的電壓不變,流過VD03的電流減小,,從而使進(jìn)入反饋引腳FB的電流減小,。事實(shí)上,F(xiàn)B引腳對電流變化非常敏感,,由此得到的反饋電壓也變小,,進(jìn)而使電路對開關(guān)占空比進(jìn)行調(diào)整,并使之變大,,最后將輸出電壓調(diào)整回來,。FB與S間的電容C02用于提高整流性能,防止高頻干擾,。 C08與R04主要用來進(jìn)行輸出濾波,。
4結(jié)束語
經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用與測試證明,該電路具有很高的穩(wěn)定性,,而紋波只有20 mV,,而且重量很輕,同時(shí)符合國際機(jī)構(gòu)的電磁干擾要求,是一種性能很好的開關(guān)電源,。