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《功率開關(guān)電源ic設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、功率開關(guān)電源IC設(shè)計 開關(guān)電源是近幾年電源市場的焦點之一，它較大的優(yōu)點是大幅度縮小變壓器的體積和重量，這樣就縮小了整個系統(tǒng)的體積和重量。一般說來，開關(guān)電源的重量是線性電源的1/4，相應(yīng)的體積大概是線性電源的1/3。所以開關(guān)電源對低檔的線性電源，尤其是20w以下的線性電源構(gòu)成了威脅，大有取而代之之勢。但是傳統(tǒng)的開關(guān)電源除了pwm和功率mosfet之外還包括50個左右的分立元件，這不但增加了成本、體積，而且還使可靠性受到了影響。這主要是生產(chǎn)工藝上的原因，開關(guān)電源在集成化上一直沒有突破?！ 〗鼛啄辏S著生產(chǎn)工藝技術(shù)的成熟，已經(jīng)能將低壓控制單元和高壓大功
2、率管集成到同一塊芯片之中。ti、onsemiconductor、power、integrations等公司都已經(jīng)有類似的產(chǎn)品，而國內(nèi)則幾乎是一片空白。由于開關(guān)電源在體積、重量、效率以及可靠性上的優(yōu)勢，它的研究和發(fā)展速度是驚人的。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①郵電通信：作程控交換機(jī)、移動通信基站電源；②計算機(jī)：作為各種pc機(jī)、服務(wù)器、工業(yè)控制機(jī)的開關(guān)電源；③家用電子產(chǎn)品：目前使用開關(guān)電源的家用電子產(chǎn)品有電視機(jī)、影碟機(jī)等；④其他行業(yè)：如電力、航天、軍事等領(lǐng)域。 根據(jù)工藝的發(fā)展和市場的需要，將核心部分功率mosfet和低壓pwm控制器集成在一塊芯片中。同時，還具
3、有過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓鎖定、自動重啟動、過流保護(hù)等功能。這種新型的開關(guān)電源集成電路給電源系統(tǒng)帶來了很多優(yōu)勢。該芯片交流輸入可直接從電網(wǎng)接入，應(yīng)用功耗低，成本低，體積小，同時還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了成本，使電子工程師的設(shè)計更加簡單。該芯片可用于驅(qū)動一個單端接地電源系統(tǒng)，如接一個振蕩回掃的二次線圈變壓器后輸出一直流電壓?！ ?.工作原理 此開關(guān)電源為一中頻集成模塊，設(shè)計頻率為100khz，較大占空比為70％，它包括一個恒頻脈寬調(diào)制器和一個高集成度電源開關(guān)電路。這個組合開關(guān)的高壓側(cè)可對從85~265v的交流電壓進(jìn)行連續(xù)控制，可以應(yīng)用于多數(shù)常規(guī)電
4、源系統(tǒng)?！ ⊥ㄟ^一個光電耦合管，將負(fù)載變化情況反饋到芯片內(nèi)部，反饋信號在2.7k的電阻上產(chǎn)生電壓降，經(jīng)過7khz的低通濾波器，把高頻開關(guān)噪音濾掉，以直流電壓形式輸入到pwm模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，產(chǎn)生占空比隨反饋信號變化的脈沖波，通過驅(qū)動電路驅(qū)動功率mosfet，從而實現(xiàn)了pwm的調(diào)節(jié)。除此之外，功率mosfet的源極接一電阻，來實現(xiàn)每周期的限流保護(hù)[1]。 正常情況下，1/8分頻器輸出信號使得功率mosfet導(dǎo)通，若故障發(fā)生，它的輸出信號使得功率mosfet關(guān)斷，并且它自身開始計數(shù)，第1個周期，功率mosfet導(dǎo)通。若沒有排除，以此規(guī)律循環(huán)下去；若故障排
5、除，則進(jìn)入正常工作狀態(tài)。該ic外接變壓器，實現(xiàn)ac-dc功能后，不同規(guī)格的變壓器可獲得不同的直流電壓?！ ?.內(nèi)部功能模塊介紹 3.1振蕩器電路 振蕩器利用兩個比較器輪流導(dǎo)通，對電容進(jìn)行充放電，獲得了在電壓在2.7~4.1v震蕩的鋸齒波。其設(shè)計頻率為100khz，占空比為70%。對電容充放電時，利用mos管飽和區(qū)工作電流恒定的原理，實現(xiàn)恒流充放電?！ ≌伎毡鹊脑O(shè)計也是需要考慮的，當(dāng)占空比提高后，整個ic及外接電路構(gòu)成的電源效率都會提高。但是又不能無限的提高，使之接近100％，這主要是變壓器磁通的建立和恢復(fù)是有時間限制的。同時，長時間的導(dǎo)通，功率
6、mosfet容易燒壞。 3.2偏置電路 該電路采用三管能隙基準(zhǔn)電源。 3.3pwm調(diào)制電路 由光耦管耦合過來的反應(yīng)負(fù)載變化情況的信號首先經(jīng)過一個7khz的低通濾波器，然后送到pwm比較器和振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，從而實現(xiàn)脈寬調(diào)制?！ ?.4過壓保護(hù)，欠壓鎖定電路 設(shè)計的內(nèi)部電路工作電壓環(huán)境為7.5~8.6v，由比較器c1，c2和電阻r1、r2、r3、r4組成。由于遲滯比較器的作用，當(dāng)vcc處于7.5~8.6v時，ic正常運行。當(dāng)vcc8.6v時，c1輸出高電平，直接使放電nmos管導(dǎo)通，進(jìn)行放電。該nmos管設(shè)計得比較大，這樣可以迅速
7、地放電，使ic及時地回到安全狀態(tài)。若該vcc故障仍然存在，將用八分頻計數(shù)器來計數(shù)。這個八分頻計數(shù)器使得功率mosfet關(guān)閉，電容將在8個連續(xù)周期內(nèi)反復(fù)充放電，8個周期后，若故障排除，整個ic進(jìn)入正常工作狀態(tài)，功率mosfet開通。這種設(shè)計可大大減少功率mosfet的耗散功率。當(dāng)內(nèi)部工作電壓vcc<7.5v時，c1輸出一低電平，關(guān)閉驅(qū)動，同時驅(qū)動高壓啟動電路，對外接10μf電容進(jìn)行充電。同時，該低電平也送入計數(shù)器計數(shù)，這樣便實現(xiàn)了自啟動功能。一般說來vcc<7.5v，是由負(fù)載短路或過載引起電源變壓器的附加線圈輸出電壓失落，沒有足夠的電壓對芯片供電所致
8、。 3.5熱關(guān)斷電路 故障狀態(tài)，穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)為正，而晶體管的vbe為負(fù)溫度系數(shù)。 同樣計算可得vh(150℃)＝
