基于恒流驅(qū)動模式的寬電壓輸入串聯(lián)型開關(guān)電源

1、    基于恒流驅(qū)動模式的寬電壓輸入串聯(lián)型開關(guān)電源        金永鎬， 鄭春善 時間:2008年07月24日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ? 摘 要：關(guān)鍵詞：寬電壓?恒流驅(qū)動?效率高?成本低? 隨著電源市場的全球化，一些開關(guān)電源廠商各自

2、采用正激1、反激2、交錯并聯(lián)控制3等方式實現(xiàn)了90V600V的交流電壓的寬電壓輸入，而各種工業(yè)用電子產(chǎn)品又要求具有直流電壓的寬電壓特性，一般為12V30V,但近年來這個范圍已經(jīng)顯得不夠?qū)挘虼?2V48V的產(chǎn)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10V80V的寬電壓產(chǎn)品。因此，研究在10V100V范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作的開關(guān)電源勢在必行。? 高速大功率MOSFET生產(chǎn)技術(shù)正迅速發(fā)展，使得MOSFET的工作頻率越來越高，并且驅(qū)動方式穩(wěn)定，價格越來越低廉，因此廣泛應(yīng)用在各種開關(guān)電源中。串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源雖具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)定

3、性好、控制線路簡單等特點，但其調(diào)整管的功耗大，耐壓不是很高45-6，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(yīng)用中受到了一定的限制。? 筆者提出的開關(guān)電源采用MOSFET和特殊的恒流開關(guān)驅(qū)動方式，使開關(guān)管在寬電壓范圍內(nèi)始終得到理想的驅(qū)動電壓，因此效率高、工作穩(wěn)定、成本低?？蓱?yīng)用在工業(yè)用各種報警器產(chǎn)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(chǎn)品的競爭力。1 通用串聯(lián)型開關(guān)電源的工作原理及優(yōu)缺點? 2 恒流驅(qū)動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關(guān)電源2.1電路的組成? 恒流驅(qū)動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關(guān)電源的框圖如圖2所示。為了在驅(qū)動級上實現(xiàn)低損耗，必須控制

4、驅(qū)動電流使開關(guān)管在小電流下獲得較理想的驅(qū)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500pF1500pF, 因此采用恒流驅(qū)動方式控制MOSFET進行開關(guān)時，若不采取特殊措施，則控制脈沖邊沿特性變差，開關(guān)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(chǎn)生開關(guān)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(qū)動級保證MOSFET迅速開關(guān)，C3起軟驅(qū)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。

5、? 2.2 恒流驅(qū)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(guān)方式，而圖3中Q4是按開關(guān)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(qū)動波形，把本電路的恒流電流設(shè)定為10mA,則該電流在R2兩端產(chǎn)生的壓降就是場效應(yīng)管的柵-源電壓VGS，設(shè)定為10V，使MOSFET飽和導(dǎo)通。? ? 圖3中VF1V,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

6、用，使VGS 波形具有一定的斜率，這有利于MOSFET的飽和導(dǎo)通。圖4為驅(qū)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(guān)斷時間很短，當輸入電壓為10V時,MOSFET則一直導(dǎo)通。? 2.3 MOSFET驅(qū)動級的工作原理? 由Q2、R2、D3組成驅(qū)動級，使MOSFET迅速關(guān)閉。Q3在恒流源狀態(tài)工作時由于C4的作用，下拉的驅(qū)動能力很強，下拉時D3導(dǎo)通使Q1迅速飽和。上拉能力取決于R2,如果不加Q2直接驅(qū)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

7、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(chǎn)生的電壓VGS應(yīng)始終保持10V左右，以保證在寬電壓范圍內(nèi)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(nèi)改變時，VG S 近似保持在10V左右，即圖中陰影帶部分。? 實驗結(jié)果表明,采用MOSFET和特殊的恒流開關(guān)驅(qū)動方式的開關(guān)電源，能夠使開關(guān)管在10V100V寬電壓范圍內(nèi)始終得到理想的驅(qū)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(shè)計J.通信電源技術(shù),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(shù),2006,40(6):87-89.4?劉華毅，李霞，