開(kāi)關(guān)電源培訓(xùn)技巧

1、開(kāi)關(guān)電源的基本原理培訓(xùn)教材RCC變換器的工作原理 RCC變換器是一種利用間歇振蕩器構(gòu)成自激振蕩的回掃式變換器。 RCC：Ringing choke converter 回掃式變換器指變壓器在回掃期間傳遞能量 RCC廣泛用于50W以下的開(kāi)關(guān)電源中RCC的基本電路VTRsVDRLVoViN11N21N12T1V2IcVCERCC的工作流程 接通電源后，Rs為VT的基極提供電流 VT的集電極開(kāi)始稍有電流 因變壓器的電感作用Ic從零開(kāi)始上升 此時(shí)輸入電壓Vi加到繞組N11上 變壓器的初級(jí)繞組N11因有電流流過(guò)而產(chǎn)生感生電勢(shì)RCC的工作流程 各繞組亦因此感應(yīng)到與其匝數(shù)相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì) 正反饋繞組N12開(kāi)始為

2、VT的基極供電 VT的基極電流增大 此時(shí)繞組N21上也感應(yīng)到相應(yīng)的電壓，其極性為上負(fù)下正，二極管VD反偏，次級(jí)無(wú)電流流過(guò) 因正反饋?zhàn)饔?，N11繞組中的電流Ic以單調(diào)函數(shù)增大，即Ic=(Vi/L)t 式中Ic為集電極電流，L為N11的電感，t為時(shí)間RCC工作流程 因正反饋繞組提供的電壓是有限的，故其提供的基極電流也是有限的 另外，集電極電流的放大倍數(shù)Ic/Ib也是有限的 電流上升到一定值時(shí)就停止增大了，變壓器中的磁通也就不再變化 此時(shí)通過(guò)繞組N11的電流要減小，從而感應(yīng)出與電流同方向的電動(dòng)勢(shì)阻止此電流的減小RCC的工作流程 各繞組的同名端應(yīng)到正極性的電壓 N11下正上負(fù)，N12下正上負(fù)，N21上

3、正下負(fù) VD正偏，負(fù)載中有電流流過(guò) N12的下正上負(fù)的極性使VT反偏截止 VT上加有很高的電壓，為Vi和N11的回掃電壓之和RCC的工作流程 當(dāng)Ic減小到0，VD中無(wú)電流流過(guò)，所有繞組的電壓為0 N12的電壓也為0，VT脫離反偏狀態(tài) 接著，Vi再通過(guò)Rs為VT提供基極電流 電路重復(fù)上述工作過(guò)程，開(kāi)始新一輪的振蕩RCC的工作波形 Ic VCE iD死區(qū)時(shí)間TOFFTONRCC的工作波形V2磁通 RCC方式的回掃變換器主要作用是傳遞勵(lì)磁電流產(chǎn)生的能量 VT導(dǎo)通期間磁通增加，變壓器蓄積能量 截止期間，釋放出蓄積的能量，磁通恢復(fù)到初始值 磁通增加量B=(Vi/N11xS)TON 磁通減少量B=(V2/

4、N21xS)TOFF V2=N21/N11xTON/TOFFxVi磁通 由上式可知，當(dāng)N21和N11和Vi恒定時(shí)，輸出電壓V2與TON及TOFF有關(guān)，控制其比值就可使輸出電壓輸出穩(wěn)定 TON及TOFF之比稱(chēng)為占空比振蕩頻率 ICP=(Vi/L1)TON 集電極電流上升到峰值時(shí)，變壓器蓄積能量，其能量也是振蕩期間Ts供給的輸入功率 P1Ts=1/2L1(ICP)2=1/2x(Vi2/L1)xTON2 f=1/2L1P1Vi/(1+N21Vi/N11V2)2 由上式可知，無(wú)論Vi是變化，還是P1變化，振蕩頻率都跟著改變 RCC的振蕩頻率一般選在20KHz以上控制電路 開(kāi)關(guān)電源的控制電路有間接控制電

5、路和直接控制電路兩類(lèi) 本公司的產(chǎn)品一般采用直接控制電路 控制電路的作用是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流改變時(shí)改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定控制電路原理圖RsVD3Q1Q2C1C2R1R2VD1R3R4PC1R5R6TL431R7R8AVD2C3C4N11N12N21控制電路的工作過(guò)程 繞組N12的交流電壓對(duì)電容C2反復(fù)進(jìn)行充放電 Q1導(dǎo)通期間，C2上的電壓升高，若升高到0.8V，Q2導(dǎo)通，則Q1截止 也就是說(shuō)，Q1的導(dǎo)通期間與C2上的電壓升高的0.8V的期間是一致的，這樣，Q1導(dǎo)通期間由C2的充電期間決定，也決定了Q1的集電極電流的峰值（充電時(shí)間常數(shù)C2R2）控制電路的工作過(guò)程 當(dāng)因某種原

6、因輸出端的電壓發(fā)生變化時(shí)，精密電壓基準(zhǔn)TL431通過(guò)采樣電阻R7，R8感知此一變化，并通過(guò)PC1把此一變化反饋回初級(jí)側(cè)的控制電路 具體的過(guò)程為當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，IR10增大，流過(guò)TL431 AK端的電流增大，PC1中的發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度增大，流過(guò)光敏三極管電流增大，A點(diǎn)電位升高，Q2基極電壓提前升到0.8V，Q2導(dǎo)通，Q1截止，TON減小，從面使電壓保持穩(wěn)定 當(dāng)輸出電壓減小時(shí)，控制過(guò)程和電壓升高的過(guò)程相反基極驅(qū)動(dòng)電路VT1C1R2VT2R1C2VD1VT3VT1VT2R2VD1C1N12一般的方法寬輸入電壓相對(duì)應(yīng)的方法基極驅(qū)動(dòng)電路 一般的方法中，接入二極管VD1和電容C1，這是因?yàn)槿糁唤尤腚娙?/p>

7、，那只能用交流來(lái)驅(qū)動(dòng)基極，而接二極管后，可有直流驅(qū)動(dòng)基極，因此能獲得較長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間 當(dāng)輸入電壓的范圍較寬時(shí)，若采用一般的方法驅(qū)動(dòng)基極，R2上消耗的功率過(guò)大，不實(shí)用，可考慮采用第二種方法，電路中VT3為恒壓驅(qū)動(dòng)晶體管柵極驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)1Q2R1C1N12DZQ1Q2R1N12DZ圖1圖2VD1柵極驅(qū)動(dòng)電路圖1 Q1截止期間，C1以正反饋繞組N12感應(yīng)的負(fù)電壓充電（下正上負(fù)），Q1導(dǎo)通期間，它與正反饋繞組的正電壓（上正下負(fù)）之和加到Q1的柵極 當(dāng)Q1的漏極電流達(dá)到峰值時(shí)，柵極電壓可能超過(guò)10V 若柵極電壓達(dá)不到10V，RDON就會(huì)變大 柵極額定電壓一般為+/-30V,為防止柵極電壓超過(guò)額定值，電路中接

8、入DZ（24V）。柵極驅(qū)動(dòng)電路圖2 圖2中去掉了電容，電阻R1和VD1并聯(lián)構(gòu)成柵極驅(qū)動(dòng)電路 R1的作用是使ID上升時(shí)有一個(gè)斜率，從而減小Di/Dt VD1的作用是使MOSFET截止時(shí)其極間電容上的電荷能快速泄放，使其盡快截止RCD電路C1R1VD1Q1ViRCD電路 在正激式電路中的作用為使變壓器蓄積的能量釋放出來(lái)，即使磁通恢復(fù)到初始值 目前本公司的產(chǎn)品均為反激式開(kāi)關(guān)電源 在反激式電路中的作用為保護(hù)開(kāi)關(guān)管，使之免受開(kāi)關(guān)管截止時(shí)的高壓（Vi+變壓器在開(kāi)關(guān)管截止瞬間產(chǎn)生的感生電勢(shì)）的損害 電路中，C的取值越大，電壓尖峰越低PWM回掃變換器電路原理圖PWM控制器VCCGNDFBCLTL431VOUT

9、PWM回掃變換器特點(diǎn) PWM：Pulse-Width Modulation 脈寬調(diào)制 外圍元件較少 振蕩頻率固定 輔助繞組的極性和初級(jí)的極性相反 用PWM取代了控制電路中的部分DIP元件 其工作方式有電流連續(xù)和電流不連續(xù)兩種 輔助線圈的整流方式有前向式和后向式兩種PWM控制器的功能 電源引腳VCC 驅(qū)動(dòng)引腳Vout 反饋引腳FB 電流限制引腳CL 接地引腳GND 決定振蕩周期的引腳CT和RT 外接軟起動(dòng)電容的引腳CS 過(guò)電壓保護(hù)引腳SDPWM回掃變換器基本電路的電壓電流波形TD漏源電壓二極管電流漏極電流柵極電壓DCMCCMTONTOFFTONDCM和CCM DCM電流不連續(xù)模式 CCM電流連續(xù)

10、模式 由上圖可知，在DCM下，除開(kāi)關(guān)管有電流流通期間TON以及整二極管有電流流通期間TOFF外，還有不連續(xù)期間TD 在不連續(xù)模式下工作時(shí)其輸出電壓可參照RCC的公式計(jì)算，但式中的是TOFF次級(jí)二極管導(dǎo)通時(shí)間 負(fù)載較輕時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流不連續(xù)期間PWM電壓控制工作原理 PWM比較器-控制TON的電路+-PWM輸出A1FB比較器輸入比較器輸出逆變器輸出FB電壓三角波電壓PWM電壓控制工作原理 當(dāng)輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，光電耦合器發(fā)光元件二極管流經(jīng)的電流增大，發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)，于是PC中受光元件光敏三極管集電極電壓降低，因PWM比較器A1的同相端加的是三角波電壓，從而輸出脈沖寬度變窄，TON導(dǎo)通時(shí)間變短，則輸出

11、電壓降低。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，與上述過(guò)程相反PWM電壓控制工作原理 對(duì)于電流連續(xù)工作方式，負(fù)載電流變化時(shí)，TON不一定改變，因TON恒定可使電流增大這是直接控制峰值電流的方式，它比改變TON來(lái)控制峰值電流方式的響應(yīng)速度更快OCP振蕩器RSRS觸發(fā)器PWM閉鎖脈沖輸出Q1R1RS+-A1Q1的峰值電流=Vz/RsVZ電流限制圖1OCP振蕩器RSRS觸發(fā)器PWM閉鎖脈沖輸出Q1Rs+-A1Q1的峰值電流=VR/RsVR電流限制圖2OCP 對(duì)于RCC變換器，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)流經(jīng)開(kāi)關(guān)管中的電流必須從零開(kāi)始升，若TON的最大時(shí)間已經(jīng)確定，就可防止發(fā)生過(guò)流 但是當(dāng)輸入電壓下降較大時(shí)，繞組N12感應(yīng)的正向電壓也下

12、降，從而使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間變長(zhǎng)而造成變壓器飽和 對(duì)于PWM回掃變換器，因周期TS是恒定的，不會(huì)發(fā)生RCC的上述現(xiàn)象，然而，雖然設(shè)計(jì)到額定負(fù)載時(shí)為DCM，若過(guò)負(fù)載，就變?yōu)镃CM,即使TON的最大時(shí)間已經(jīng)設(shè)定，電流還會(huì)增大，有時(shí)會(huì)使變壓器飽和，故仍需要設(shè)OCP電路OCP 圖1中當(dāng)Q1的電流增大時(shí)，IRS增大，若IRS大于VZ，則比較器輸出高電平，RS觸發(fā)器置位輸出PWM閉鎖脈沖，Vout輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止，輸出電壓降低 下一個(gè)開(kāi)關(guān)脈沖使RS觸發(fā)脈沖復(fù)位，僅這周期間開(kāi)關(guān)管截止。此種限流作用稱(chēng)為Pulse by pulse current limitation 圖2中電路的工作原理和圖1相似PWM

13、的啟振和停振電壓N11N12Q2Q3VCCVCCC1a.啟動(dòng)電流較大時(shí)b.啟動(dòng)電流較小時(shí)啟振電壓停振電壓t1C1上的電壓RSPWM的啟振和停振電壓 圖a中，啟振前輸入電源通過(guò)Q2為VCC提供電壓。啟振后，由N12繞組感應(yīng)的電壓經(jīng)整流濾波后提供，同時(shí)Q2截止 對(duì)于大多數(shù)PWM集成控制器，啟振電壓設(shè)定較高，停振電壓設(shè)定較低，還要設(shè)法使啟動(dòng)電流較小，此時(shí)可使用圖b的電路 圖b中，接通電源時(shí)，輸入電壓經(jīng)電阻RS對(duì)C1充電，C1的電壓升高到啟振電壓時(shí)電路開(kāi)始振蕩PWM輔助繞組的整流方式 前向耦合式，感應(yīng)電壓與輸入電壓成正比，若輸入電壓下降，VCC也跟著下降，降到停振電壓時(shí)，振蕩電路停止工作，這種輸入電壓低而使振蕩器停振的電路稱(chēng)為低輸入禁止電路 后向耦合式，感應(yīng)電壓與輸出電壓成正比，若過(guò)負(fù)載引起輸出電壓下降，VCC也跟著下