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一种绿色模式开关电源的研究与设计

来源:yabo手机登录APP   发布时间:2021-11-17 19:38nbsp;  点击量:

本文摘要:0章节 中小功率开关电源以其诸多优良的性能,在测控仪器仪表、通信设备、自学与娱乐等诸多电子产品中获得普遍的应用于。随着环境和能源问题日益突出,人们对电子产品的环保拒绝大大提升,对电子产品的能源效率更为注目。设计无污染、低功耗、高效率的绿色模式电源已沦为开关电源技术研究的热点。 本文研究一种中小功率开关电源,应用于过渡性模式有源功率因数校正、定谐振变频功率隔绝转换掌控和实时整流等多种先进设备的电源控制技术,以构建绿色开关电源设计的目的。

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0章节  中小功率开关电源以其诸多优良的性能,在测控仪器仪表、通信设备、自学与娱乐等诸多电子产品中获得普遍的应用于。随着环境和能源问题日益突出,人们对电子产品的环保拒绝大大提升,对电子产品的能源效率更为注目。设计无污染、低功耗、高效率的绿色模式电源已沦为开关电源技术研究的热点。

  本文研究一种中小功率开关电源,应用于过渡性模式有源功率因数校正、定谐振变频功率隔绝转换掌控和实时整流等多种先进设备的电源控制技术,以构建绿色开关电源设计的目的。1系统结构与工作原理  所研究的开关电源结构如图1右图,使用两级PFC结构,由PFC实变换器、隔绝变换器和实时整流电路构成的DC/Dc变换器以及检测与维护电路构成。

交流电压经整流后再行输出到PFC实变换器展开功率因数校正转换,再行由电源控制电路掌控隔绝变换器,将直流电力转换成高频交流脉冲电压,此脉冲电压经实时整流器整流、滤波电路滤波后,获得所需的直流。  由于整流电路中二极管等非线性元件的起到,造成输出的交流电压虽然是正弦波,但输出的交流电流波形相当严重畸变,减少了输出电路的功率因数,减少了线路电能损耗,而且还不会产生大量谐波污染电网。解决问题上述问题的关键是提高输出电流波形。

这里使用boost有源功率因数校正技术,由boost变换器和以UCC38050为中心的PFC控制电路构成功率因数校正级,通过对电感电流的掌控,在交流输出末端产生一个追踪正弦输出电压波形的正弦电流,构建功率因数校正,使输出电路功率因数相似于l。电流波形校正原理如图2右图,电感电流波形高频脉动且临界倒数,通过适当的掌控,在半个工频周期内,使电感中电流的平均值追随全波整流电压基准值,其包络线呈圆形正弦波形,且振幅与电压完全相同。图中,iL为电感电流,iA为电感平均值电流,ip为电感电流峰值包络线。  UCC38050为过渡性模式PFC控制器,功耗较低,工作电流仅有1.5mA.PWM电源频率由自激振荡产生而且频率星型,不不存在Boost二极管反向恢复过程,增加了反向恢复损耗,非常适合于中小功率绿色开关电源设计。

  减少开关电源功耗的主要途径是减少开关损耗和控制电路功耗。增加控制电路功耗可通过自由选择功耗较低、功能强劲、所须要外部元件较少的掌控芯片及修改外部控制电路来构建。

这里主要辩论减少开关损耗的措施。许多电子产品在用于中常正处于轻载或待机状态,而开关电源*亲率电源管的电源频率都很高,当开关电源工作在轻载或待机状态下时,开关损耗沦为主要损耗,比较损耗大大增加,效率减少。减少轻载损耗的有效地方法是在轻载状态下减少开关电源的电源频率,从而使轻载效率维持与装载时完全相同。图1中,隔绝转换控制电路使用定谐振电源控制器FA5531P及外围元件包含。

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FA5531P的电源频率不是由他暴振荡器要求的相同电源频率,而是由自激振荡要求。芯片在长时间阻抗时维持相同频率的定谐振电源状态,轻载时自动减少电源频率以增加3组损耗,低于电源频率可降到1KHz,FA5531P电源频率与输出功率关系如图3右图。

FA5531P的另一个特点是具备内部启动电路,从而也减少了待机功耗。FA5531P自身功耗很低,工作电流仅有1.5mA,集成度低,只需很少的外部元件。

  电源器件的寄生电容是引发开关损耗的最重要因素。功率MOSFET的切断电压较小,通车过程中,因寄生电容的不存在而引进的损耗也大。

因此设计了谷底检测电路观测功率电源管的电压谷底,以掌控电源管的零电压通车,增大寄生电容引进的损耗,提升切换效率。  整流使用实时整流技术,与慢完全恢复二极管整流较为,实时整流使用通态电阻极低的专用功率MOSFET,同步控制功率MOSFET零电压通车,不但功耗较低,还可减少噪音。由于电流就越小功率MOSFET导通压降就越较低,这一特性对于提高轻载效率最为有效地。

实时整流掌控使用实时整流控制器掌控,使用在零电流时自动变频器外部功率电源的软电源技术,增加了开关损耗,不必须另外的待机模式就可在掌控运营时维持高效率。具备高精度内部参照电压,内部构建了输入电压和输入电流调节电路,可以便利地对输入电压或输入电流展开反馈控制。作为一款绿色芯片,不但自身功耗较低(仅次于功耗不多达0.5W),而且从3组到装载都具备低的转换效率。2开关电源电路设计  2.1功率因数校正电路  功率因数校正电路原理如图4右图。

电路中,电感L、功率MOS电源管Vo、二极管Do和电容Co构成Boost变换器。电阻分压器RAc1和RAc2对输出电压波形采样,取得输出电压前馈信号,作为掌控芯片UCC38050内部乘法器的一个输出,与电源对系统信号一起分解电感电流参照信号。电阻Rzc将电感电流过零信号输出芯片,以掌控电源管零电流通车。电阻Rs1检测电源管电流,输入电压经Ro1和Ro2分压后对系统给芯片。

这些信号输出芯片后,经过UCC38050内部运算与掌控,构成PWM掌控信号,掌控电源管通断,使电流波形追踪电压波形,构建功率因数校正。  2.2功率隔绝变换器  功率隔绝变换器电路如图5右图,由控制电路和反激式变换器构成。

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图中,变压器辅助绕组LZ、电阻RZCD、电容CzcD构成谷底观测电路,为掌控芯片FA5531获取谷底检测信号。光电耦合器N1次级将输入电压对系统信号输出掌控芯片。电路启动后,FA5531输入驱动信号使V1导通,V1电流下降,此电流由Rs检测输出到掌控芯片的IS插槽,与由对系统输出FB插槽的电压要求的参照电压展开较为,超过参照电压时,V1变频器,变压器绕组电压反互为,变压器初级电感向次级阻抗馈送能量。当向次级馈送能量过程完结时,次级电流上升到零。

变压器漏感与电源管寄生电容Cd包含了谐振电路,变压器辅助绕组感应器此谐振电路的谐振电压,并输出到FA5531P的ZCD插槽。当次级电流上升到零时,谐振电路的谐振电压很快上升,辅助绕组的感应器电压也很快上升,当ZCD插槽上的电压降到谷底观测阈值时,FA5531P驱动输入使V1新的导通。由于电阻RzcD、电容CzcD不会引进延时,自由选择适合的RzcD、CzcD值,就可实现V1零电压通车。  2.3实时整流电路  使用TEAl761T的实时整流电路如图6右图。

实时信号SRSENSE必要来源于高频变压器次级,R3是输入电流采样电阻,通过自由选择适合的R3的阻值,可掌控仅次于输入电流。TEA1761T具备不出电压瞄准和启动功能,D2为TEA1761T获取电源,同时检测输入电压,当Vcc插槽电压低于8.6V,TEA1761T转录实时整流电路和输入电压与输入电流检测电路。当电压高于8.1v时,则转入不出电压瞄准状态,驱动输入维持低电平,光耦对系统输入被封锁。

  分路整流器7*31、光电耦合器N1和压强电阻等构成输入电压对系统电路,将开关电源次级输入电压与参照电压的偏差对系统给初级的控制电路,调节隔绝变换器功率电源频率,平稳开关电源输入电压。7*31获取高精度基准电压,分力电阻对输入电压取样,与基准电压较为,其偏差被缩放并转变光电耦合器输入,构建对系统。用7*31代替简单的误差缩放电路,修改了对系统电路结构。

  系统利用芯片具备多种维护功能,设计了过电压维护、不出电压瞄准、过电流维护、短路维护等维护电路以提升系统的可靠性,明确电路从额。3测试结果  对所设计的开关电源样机展开了测试,样机额定输入电压24V,额定输入电流3A。测试中负载电阻10,当输出电压范围90~265V内时,功率因数0.985,电源效率91.5%,THD4.25%。表格1是待机与轻载时的功耗测试结果。

4结束语  在所设计开关电源中,所搭配的芯片功耗较低、功能强劲,所须要外部元件较少,修改了电路结构。系统中综合了多种先进设备的电源控制技术,从各个环节减少开关电源损耗,维持从轻载到装载都具备低的系统效率。使用的两级变换器分别有自己的掌控环节,所以既能保持稳定的输入电压,又有较好的动态性能,可符合对电源性能拒绝较高的应用于场合,如用于各种自动测控仪器的电源。


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