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一种绿色模式开关电源的研究与设计
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-07 11:20:53




    降低开关电源功耗的主要途径是降低开关损耗和控制电路功耗。减少控制电路功耗可通过选择功耗低、功能强、所需外部元件少的控制芯片及简化外部控制电路来实现。这里主要讨论降低开关损耗的措施。许多电子产品在使用中常处于轻载或待机状态,而开关电源中功率开关管的开关频率都很高,当开关电源工作在轻载或待机状态下时,开关损耗成为主要损耗,相对损耗大大增加,效率降低。降低轻载损耗的有效方法是在轻载状态下降低开关电源的开关频率,从而使轻载效率保持与满载时相同。图1中,隔离变换控制电路采用准谐振电源控制器FA5531P及外围元件构成。FA5531P的开关频率不是由他激振荡器决定的固定开关频率,而是由自激振荡决定。芯片在正常负载时保持固定频率的准谐振开关状态,轻载时自动降低开关频率以减少空载损耗,最低开关频率可降至1KHz,FA5531P开关频率与输出功率关系如图3所示。FA5531P的另一个特点是具有内部启动电路,从而也降低了待机功耗。FA5531P自身功耗很低,工作电流仅1.5mA,集成度高,只需极少的外部元件。


    开关器件的寄生电容是引起开关损耗的重要因素。功率MOSFET的阻断电压较大,开通过程中,因寄生电容的存在而引入的损耗也大。因此设计了谷底检测电路探测功率开关管的电压谷底,以控制开关管的零电压开通,减小寄生电容引入的损耗,提高转换效率。
    整流采用同步整流技术,与快恢复二极管整流比较,同步整流采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,同步控制功率MOSFET零电压开通,不但功耗低,还可降低噪音。由于电流越小功率MOSFET导通压降越低,这一特性对于改善轻载效率尤为有效。同步整流控制采用同步整流控制器TEA1761控制,采用在零电流时自动关断外部功率开关的软开关技术,减少了开关损耗,不需要另外的待机模式就可在控制运行时保持高效率。TEA1761具有高精度内部参考电压,内部集成了输出电压和输出电流调节电路,可以方便地对输出电压或输出电流进行反馈控制。作为一款绿色芯片,TEA1761不但自身功耗低(最大功耗不超过0.5W),而且从空载到满载都具有高的变换效率。

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所示。电路中,电感L、功率MOS开关管Vo、二极管Do和电容Co组成Boost变换器。电阻分压器RAc1和RAc2对输入电压波形取样,获得输入电压前馈信号,作为控制芯片UCC38050内部乘法器的一个输入,与电源反馈信号一起生成电感电流参考信号。电阻Rzc将电感电流过零信号输入芯片,以控制开关管零电流开通。电阻Rs1检测开关管电流,输出电压经Ro1和Ro2分压后反馈给芯片。这些信号输入芯片后,经过UCC38050内部运算与控制,形成PWM控制信号,控制开关管通断,使电流波形跟踪电压波形,实现功率因数校正。UCC38050构原理见文献。

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