探討高壓輸入開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)技巧

使用三相交流電進(jìn)行工作的工業(yè)設(shè)備常常需要一個(gè)可以為模擬和數(shù)字電路提供穩(wěn)定低壓直流電的輔助電源級(jí)。此類應(yīng)用的范例包括工業(yè)傳動(dòng)器、UPS系統(tǒng)和能量計(jì)。

此類電源的規(guī)格比現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)所需的規(guī)格要嚴(yán)格得多。不僅這些應(yīng)用中的輸入電壓更高，而且為工業(yè)環(huán)境中的三相應(yīng)用所設(shè)計(jì)的設(shè)備還必須容許非常寬的波動(dòng) —包括跌落時(shí)間延長(zhǎng)、電涌以及一個(gè)或多個(gè)相的偶然丟失。而且，此類輔助電源的指定輸入電壓范圍可以達(dá)到57 VAC至580 VAC之寬。

設(shè)計(jì)如此寬范圍的開(kāi)關(guān)電源可以說(shuō)是一大挑戰(zhàn)，主要在于高壓MOSFET的成本較高以及傳統(tǒng)的PWM控制環(huán)路的動(dòng)態(tài)范圍的限制。StackFET技術(shù)允許組合使用不太昂貴的、額定電壓為600V的低壓MOSFET和Power Integrations提供的集成電源控制器，這樣便可設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單便宜并能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)工作的開(kāi)關(guān)電源。

該電路的工作方式如下：電路的輸入端電流可以來(lái)自三相三線或四線系統(tǒng)，甚至來(lái)自單相系統(tǒng)。三相整流器由二極管D1-D8構(gòu)成。電阻R1-R4可以提供浪涌電流限制。如果使用可熔電阻，這些電阻便可在故障期間安全斷開(kāi)，無(wú)需單獨(dú)配備保險(xiǎn)絲。pi濾波器由C5、C6、C7、C8和L1構(gòu)成，可以過(guò)濾整流直流電壓。

電阻R13和R15用于平衡輸入濾波電容之間的電壓。

當(dāng)集成開(kāi)關(guān)(U1)內(nèi)的MOSFET導(dǎo)通時(shí)，Q1的源端將被拉低，R6、R7和R8將提供柵極電流，并且VR1到VR3的結(jié)電容將導(dǎo)通Q1。齊納二極管VR4用于限制施加給Q1的柵極源電壓。當(dāng)U1內(nèi)的MOSFET 關(guān)斷時(shí)，U1的最大化漏極電壓將被一個(gè)由VR1、VR2和VR3構(gòu)成的450 V箝位網(wǎng)絡(luò)箝位。這會(huì)將U1的漏極電壓限制到接近450 V。

與Q1相連的繞組結(jié)束時(shí)的任何額外電壓都會(huì)被施加給Q1。這種設(shè)計(jì)可以有效地分配Q1和U1之間的整流輸入直流電壓和反激式電壓總量。電阻R9用于限制開(kāi)關(guān)切換期間的高頻振蕩，由于反激間隔期間存在漏感，箝位網(wǎng)絡(luò)VR5、D9和R10則用于限制初級(jí)上的峰值電壓。

輸出整流由D1提供。C2為輸出濾波器。L2和C3構(gòu)成次級(jí)濾波器，以減小輸出端的開(kāi)關(guān)紋波。

當(dāng)輸出電壓超過(guò)光耦二極管和VR6的總壓降時(shí)，VR6將導(dǎo)通。輸出電壓的變化會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)U2內(nèi)的光耦二極管的電流發(fā)生變化，進(jìn)而改變流經(jīng)U2B內(nèi)的晶體管的電流。當(dāng)此電流超出U1的FB引腳閾值電流時(shí)，將抑制下一個(gè)周期。輸出穩(wěn)壓可以通過(guò)控制使能及抑制周期的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦開(kāi)關(guān)周期被開(kāi)啟，該周期便會(huì)在電流上升到U1的內(nèi)部電流限制時(shí)結(jié)束。R11用于限制瞬態(tài)負(fù)載時(shí)流經(jīng)光耦器的電流，以及調(diào)整反饋環(huán)路的增益。電阻R12用于偏置齊納二極管VR6。

IC U1(LNK 304)具有內(nèi)置功能，因此可根據(jù)反饋信號(hào)消失、輸出端短路以及過(guò)載對(duì)該電路提供保護(hù)。由于U1直接由其漏極引腳供電，因此不需要在變壓器上添加額外的偏置繞組。C4用于提供內(nèi)部電源去耦。