开关电源电路结构与LED驱动电源的设计应用

书书书第!章开关电源电路结构与#$%驱动电源的设计应用开关电源是进行交流!直流!#!$##直流!直流!$#!$##直流!交流!$#!#功率变换的装置$这些变换由主电路和控制电路两大部分完成$主电路将输入的交流电传递给负载%它决定开关电路的结构形式#变换要求#功率大小#负载能力等&控制电路按输入#输出的条件来检测#控制主电路的工作状况$如果将控制电路集成化%就称之为开关电源集成控制器&如果将主电路和控制电路集成在一起%就称之为开关电源模块$开关电源集成控制器中一般包含有振荡器#误差放大器#%&’触发器#状态控制器%高品质的还有高压功率开关管#电流比较器以及各种功能保护电路等$本章一方面介绍开关电源电路中常用的集成控制器%另一方面根据开关电源的结构形式对各种控制环节的特点#原理进行分析%介绍在应用中经常遇到的故障形式及解决方法%重点对高频变压器的设计方法及步骤进行讲解$!&’正激式脉宽调制变换电路!&’&’()*’!!+的电路特点(#%)**+是美国安森普公司近期推出的脉宽调制#电流控制模式新产品%以(#%)**+组成的电源转换控制电路!见图*,)具有以下特点’)电流模式控制和去磁检测器应用在电源转换控制电路里得到实践$它确保电路在任何负载下%电源电路均得到较宽的边界线!临界导电模式$这时的电路变压器磁心去磁检测自动完成%无需外部增加检测电路%为了得到准谐振工作模式%最佳点应对应于漏极电压的(谷点)同时对应于漏极电容最低能量存储点%比较器可检测电流$-监控反馈%只需要功率低于设计界限%即进入电流控制模式%这种模式控制的特点是’电路控制行使保护功能下%重启内部的软件%若发生过电流%电路关闭输出脉冲%一旦故障消失%软启动工作和器件自动恢复%电路重新开始工作$软启动频率不低于-./01%所以没有噪声$变压器去磁检测的频率限制在)*2/01以下%最高限制在).2/01%不会产生辐射干扰$*电路具有欠电压保护#!##过电压保护#电压检测%并实施可调的过载补偿%用来处理输入电压在准谐振状态下提供不变的功率输出%这时的电路损耗仍然最低%转换效率最高$3图*,-所示是(#%)**+的引脚排列$为保证控制器的安全工作%在#456-5.7输入电压带宽上%8#)的)脚固定在*927电压上%如果)脚电压低于-957%则控制器功能消失%如果)脚电压大于*9*7%则控制器启动锁定功能%关闭输出$书书书图!#$正激式%&’#!!(脉宽调制原理图*,-*开关电源与!#照明的设计计算精选图*,-:(#%)**+引脚排列)+;=?输出控制-+峰值电流设定*+电流检测输入和功率补偿调整3+8#地:.+驱动器输出5+8#供电4+高压端::.为满足功率输出%-脚的峰值电流设置是可调的%反馈控制电压由光耦合器和变压器反馈绕组@连接到-脚%由-脚控制输出功率%并具有电压#电流保护$它可使用于适配器#监视器#AB$驱动的液晶电视机#移动$7$和笔记本电脑等$!&’&.()*’!!+电路的工作原理与应用由图*,)%电路由输入低通滤波电路%谐振式#!$#转换电路#输出同步整流电路#电压反馈检测控制电路和过电压与过电流保护电路等组成$(#%)**+集成了启动调节#欠电压锁定#故障检测#热保护#中心控制以及功率驱动等控制电路%特别是集成了精确的电流模式调节器和去磁检测边界#临界功能%使电源性能得到极大的提高%在输入电压为#-*.7#输出功率52&时%电源的工作效率达C-D$高效率的原因还有开关功率管工作在准谐振零电压开关和输出电路采用同步整流的结果$8#)的4脚接入由#-##*高压降压输入电路%为!##提供恒流电流%使电路在启动时无功耗提供了条件$当!##供电电压升到)4957时%片内的过电压保护!E7%启动%停止脉冲输出$低的电磁干扰%高的工作效率和全参量的保护以及宽带电压输入%完全满足笔记本电脑和液晶电视机在全球范围内各国的需求$(#%)**+所组成的开关电源的保护电路与其他保护电路不同的是’当电路输出出现过电流或短路时%控制输出脉冲变小%失去触发功能%这时的(小脉冲)安全转入突冲模式%所谓突冲模式是小脉冲与8#片内的振荡原生脉冲对撞%使输出脉冲(降幅)$一旦故障排除%恢复原形%重新启动$(#%)**+完全适用于AB$驱动液晶电视机的要求%只是驱动方式要提供多个恒流源%每个恒流源单独给AB$供电$可采用直接恒流供电%AB$串联或并联运行$!&’&!正激式高频变压器设计正激式变换电路与反激式变换电路的变压器设计思想非常相近%不同的是正激式一次绕组匝数比反激式的多%正激式的占空比一般不得大于29.%工作频率低于)22/01%这对高频变压器和功率开关管的工作来说有利$白光AB$驱动设计%必须了解AB$的电气特性%保证每颗AB$调光电流的稳定平衡$(#%)**+正激式高频变压器的设计$输入’#%4.6-5.7%.201$输出’$#%-37!-9.$!)工作频率的确定工作频率高%输出电压高%响应速度快%调整范围大%但是场效应晶体管#整流二极管以及变压器等发热高%损耗大%噪声大$现选用)22/01%电源效率取4.D$工作周期为$F)%2F))22G)2*HF)2I.HF)2!H$!-最大#最小占空比的计算根据表3,+由输入电压!J确定一次感应电压!EK%又根据表3,5确定的最低输入电压!JLJ?%经计算得出’*’-*第$章%开关电源电路结构与!#驱动电源的设计应用&LMNF!EK!EKO!JLJ?I!$P!=?F)*.)*.OC2I)2F295-4&&LJ?FC2)*.OC2I)2F293)C!*计算最大导通时间’=?!LMN’=?!LMNF&LMN*$F295-4G)2G)2I5HF59-4!H!3选择磁心的工作区间磁感应强度(MQ正激式高频变压器的磁感应强度在)22R时为*.2LS%当工作频率为)22/01%其磁感应强度只能取52D的变化区间%这时的磁心磁感应强度(MQF*.2LSG295F-)2LS%实践证明这是一个稳定的工作区$!.输出输入功率的计算及磁心型号的选定)=F!=)**=)F-3G-9.&F52&:)JF)=!!F52&!294.F+29.C&根据工作频率和输入功率由表),*选用BB-4%这时+TF+4LL-$!5计算变压器一次绕组匝数%磁心在居里温度下的磁感应强度的损耗包括磁滞损耗#涡流损耗和残留损耗三种$磁滞损耗是磁铁每次磁化所消耗的能量&涡流损耗是交变磁场在磁心所产生的环流引起的欧姆损耗%它与材料体积有关系&残留损耗是由磁化延迟及磁矩共振所引起的损耗%它的损耗是次要的$在三种作用下磁心的磁感应强度(MQ的计算方法’(MQF29--.!%G)25%*%*+T式中%(MQ为工作在交流状态下的磁感应强度!LS&!%为一次电路的直流脉冲电压!7&&为开关管的占空比%传递电能及所引起的磁化损耗%当&F29--.时%’=?!LJ?F*&F)2G)2I5G29--.HF-9-.!H&%为一次绕组匝数%它决定磁感应强度!S&+T是磁心有效截面积$由上式推导出’%F!%*’=?!LMNG)25(MQ*+T式中%’=?!LMN为开关管的最大导通时间!!H$%F)25G)*49-G59-4G)2I529-)G+4SF45+9C)59*4SF.-9CCS!.*S!+计算变压器二次绕组匝数P及反馈绕组匝数@二次绕组电压!P及反馈线电压!@的计算!PF!!=)O!AO!$PO!SK-!!槡-!-式中%!=)为输出电压%!=)F-37&!A为滤波电感,-的压降%!AF2937&!$P是’EP管的源,漏极电压降%!$PF37&!SK-是检测变压器SK-一次绕组压降%!SK-F2957$上式为半波整流!=F293.!P%全波整流!=F29C!P%电解电容滤波后%!=F)93!P%半波整流!=F29+!P%所以!PF!=!29+2+%整流滤波!PF!=!)93)$!PF!-3O293O3O2957!29+)F3294.7!@F!!@=O!$-O!K+O!S)!29+)F!)-O295O29--O2937!29+)F)495-7式中%!$-为整流二极管压降%取2957&!K+为限流平波电阻%!K+F--G)2G)2I*7F29--7&!S)是硅管Q,T压降%!S)F2937$求各绕组线圈匝数P%@*.-*开关电源与!#照明的设计计算精选PF!P*’=?!LMN(MQ*+TF3294.G59-429-)G+4F-.59.3)59*4F).955F)5@F!@*’=?!LMN(MQ*+F)495-G59-429-)G+4F))59C*)59*4F+9)3F+当!QQ电压上升到)4957时%电路将实施过电压保护&当低于))957时实施欠电压保护!4计算变压器一次电感量,%变压器一次绕组电流*%F)J!!JLJ?F+29.C!)*49-F29.))图*,*:变压器的绕制方法变压器一次绕组最大电流*%’F*%!&LJ?F29.))!293)CF)9-)C:,%F!JLJ?*’=?!LMN!*%’F)*49-G59-4!)9-)C!0F+)-!0!C计算变压器磁心气隙##F3#G)2I+G-U*+T!,UF3G*9)3G)2I+G.*-G+4!29+)-LLF29*4+LL铁氧体磁心的导磁性是随着气隙的大小而变化的%有气隙时%磁场强度!-明显增加%而剩余磁场强度-则明显减少%变压器工作在高频大电流环境下%剩磁的减少与防止出现磁饱和是有效的%为提高电源的稳定性起到很大作用$变压器的绕制方法如图*,*所示%有关导线的规格见表*,)$表!/’012!美国线规导线规格表&V编号裸线+NU电阻有关数据)2I*QL-QJ,LJW!圆密耳!$QL-2R截面积直径每匝每匝重量)2I*QL-QJ,LJWQLJ?QLJ?QL-J?-X!QL)2.-Y5))2*43*-Y+2..YC))23529-5+29)2.)*Y4+CY.)29+*5CY-229354))3)Y544--53)Y*+33Y.4+C429-*4292C*43Y*5)29+)*Y344CYC.29*+.2)-**Y245.-C.-Y2C*.Y53+2--29-)*2924*43Y4.))YC)5Y4))24Y329-C++)*-5Y-5.)435.Y53-4Y*5.5)229)C2292+3C.Y3+)*Y3-)Y).)*5Y329-*5+)3-294-3)2C4-Y42--YC.3..529)+)2925+.5Y23)3Y4-5Y)3)54Y529)4+C).)5Y.)*-52)23Y*)4Y*+*5-329).*29252-5Y++)5Y5*-Y55-)29529)3C-)5)*Y2+-.4))*)Y4)3Y+*-C2.29)*+292.*C+Y*-)4Y5329+*-5-Y+29))43)+)29*C-2.-)5.Y4))Y54-*-*29)--29234-4Y)4-294.)Y*5**)Y-292C3*)44Y--4)5-3-2CY.CY*-5)4.+29)2C2923*)CY)*-*Y-53Y**3)3YC292+3+-)C5Y.*))-4C-5*YC+Y.*C)3C2292C42292*45)29)C-.YC+CY4..).Y2292.C32-2.Y)44)2-3**-Y*5Y25.))C+2924+C292*35))Y*+-4YCC4YC*5*4Y)2923+-5-)3Y))54)-Y*3)4YC3Y4*+C.3Y4292+4.292*2C)-Y+.*-Y3)-3Y2+CCY4292*+.+--*Y-3*5329).*)Y3*Y4.++5)Y+292+2)292-+5)3Y-.*5Y-)..Y.)22*292-C5.-*-Y.44.)294555Y2*Y)*.5-2922925*-292-3C).Y4-329-)C)Y*)-*3292-*+--3-Y23+323Y243-Y)-Y.)33C+Y*292.55292--*)+Y5*33Y4-*4Y5).*C292)443-.)Y5-**-293)25-Y2-Y22-*C5Y2292