因电源功率较大,故开机浪涌电流也较大,保险管F1选用2 A/250 V规格;采用一节互感滤波器来滤除电网中的干扰,L1选用电感量为4 mH的互感滤波器即可;桥堆选用整流电流为2 A,耐压为500 V以上即可(如2KBP06~2KBP10系列);C2选用100~150 μF,耐压为400 V以上的电解电容。为了改善高频滤波效果,C2上可并联一个高压陶瓷电容C3。串入负温度系数热敏电阻NR1的目的是为了减小开机浪涌电流,NR1的常温阻值可选在6~9 Ω/4 A。
2.2 LD7552B的3脚和7脚外部电路
3脚和7脚外接启动电路和供电电路,其任务是开机瞬间为芯片提供启动电压,正常工作期间为芯片提供供电电压。电路启动时,LD755 2B的3脚索取的电流小于20μA,属微电流启动方式,故启动电阻R1,R2,R3的总阻值可选择在1 000 kΩ左右。电路工作后,7脚索取的电流达2 mA,此时R1,R2,R3无法提供如此大的电流,故由开关变压器的绕组、R8,D1等元件构成的供电电路来给7脚供电,以满足内部电路的要求。C6的容量一般在10~47μF,D1一定要选用耐压在200 V以上,整流电流在0.8 A以上的快恢复二极管(如FR103~FR106等),R8的阻值一般在10 Ω以下。R1,R2,R3,C6的取值不能太大,否则会导致电路
启动困难,甚至不能启动。7脚的正常工作电压应设计在12~16V。
2.3 LD7552B的4脚外部电阻
LD7552B的正常振荡频率由4脚外部电阻进行设定,可由下式计算。
f=(65/R4)×100
式中:f表示LD7552B的正常振荡频率,单位为kHz;R4表示4脚外部电阻的阻值,单位为kΩ。例如,当4脚外部电阻为100 kΩ时,振荡频率为65 kHz。选择4脚外部电阻的阻值时,一定要确保f在50~130 kHz之间,也就是说R4的取值范围在50~130 kΩ之间。
2.4 LD7552B的6脚外部电路
6脚用来检测开关管的电流,以实现过流保护。6脚外部需接一个RC滤波器(由R5和C8构成),一则可以防止脉冲前沿损坏6脚内部电路,二则可以避免电路误保护。RC滤波器的时间常数不宜太大,只要确保脉冲前沿有350 ns的延时即可。开关管源极电阻R7对电路的输出功率及过流保护灵敏度有很大影响,R7越大,过流保护点就越低,电路的输出功率也就越小;若R7越小,过流保护点就越高,电路的输出功率也就越大。因此,选择R7的阻值时,一定要兼顾上述2个方面。实验表明,当开关管源极电阻选为0.47Ω/2 W时,电路的带负载能力大于40W,过流保护点约为2A。为了使设计略留有余地,R7可选为0.43Ω/2W。
2.5 稳压电路
精密型三端比较器IC3、光电耦合器IC2及3只取样电阻(R14,R16及R15)均为稳压电路中的关键元件。精密型三端比较器可选用KIA431A或TL431A,光电耦合器可选用PC123或PC817。输出电压的大小与三只取样电阻(R14,R16及R15)的阻值息息相关,当输出电压为+5 V和+14 V时,根据基尔霍夫定律,很容易推导出R14,R16和R15之间有下式的关系。
式中:R15,R14和R16分别代表电阻R15,R14和R16的阻值。如果R14和R16分别取3.6 kΩ和33 kΩ时,可以算出R15的阻值为2.4 kΩ。在实验中发现,当R15为2.43 kΩ时,+5 V和+14 V输出电压最准确。值得注意的是,R14,R15和R16一定要选用精密电阻,误差在1%以内,否则会影响稳压精度,加大输出电压的误差。
2.6 开关管及反峰吸收电路
开关管VT1应选用UDSS≥600 V,IDM≥6 A,PDM≥50 W,RDS<1.5 Ω的场效应开关管,如2SK2630,2SK2645,2SK2649,2SK2677,2SK2761等。
在开关管截止瞬间,开关变压器初级绕组会产生反峰电压,为了防止反峰电压击穿开关管,必须在开关变压器初级绕组上并联反峰吸收电路,即R9,C5和D3。D3一定要选用高压快恢复管,如RF107,RGF10M等,C5的耐压必须在1.5 kV以上,容量为1~2 nF;R9的功率须在2 W以上,阻值为100 kΩ左右。
2.7 直流输出电路
本电源输出+5 V,+14 V两路直流电压,都能向负载提供2 A以上的电流。+14 V整流一般选用耐压在100 V以上,平均整流电流在6 A以上的双二极管进行整流,如FCH10U10,FCH10A15,SP10100等,滤波电容的总容量应在1 000μF以上,最好采用LC滤波。+5 V整流一般选用耐压在50 V以上,平均整流电流在3 A以上的快恢复二极管进行整流,如31DQ06系列、31DQ09系列等,滤波电容的总容量应在2 000 μF以上,最好也采用LC滤波。
3 电路工作原理
3.1 启动过程
220 V交流市电经BD1整流、C2滤波获得300 V左右的直流电压。该电压经启动电阻R1,R2,R3送至IC1的3脚,经内部电路对7脚外部电容(C6和C4)充电,使7脚电压上升。当7脚电压达到16 V时,内部电路启动,并从8脚输出开关脉冲,开关管VT1进入开关工作状态。电路工作后,开关变压器1~3绕组上的脉冲电压经R8限流、D1整流,C6、C4滤波后,获得12V左右的直流电压提供给7脚,作为IC1的供电电压。LD755-2B具有绿色工作模式,在轻载运行(如待机)时,内部绿色模式控制器工作,振荡频率变为20 kHz左右,此时电源工作于绿色模式下,其功耗仅0.4 W左右。当负载提高时,芯片转为正常工作模式,此时振荡频率不受绿色模式控制器的控制,频率提高至65 kHz。模式的转换是由内部电路检测2脚电压来实现的,当2脚电压低于2.35 V时,电路就工作于绿色模式。
3.2 各路电压输出过程
开关变压器有两个带中心抽头的绕组,这两个绕组采用并联连接。它们的上端接地,下端并联后作为+14 V绕组的输出端,中心抽头并联后作为+5 V绕组的输出端。电路工作后,+14 V绕组输出的脉冲电压经D4(2个并联二极管)整流,C13,L2,C14滤波后,产生+14 V的直流电压。+5 V绕组输出的脉冲电压经D5整流,C10,L3,C11滤波后,产生+5 V直流电压。
3.3 稳压过程
该电源是通过调整开关脉冲的占空比来实现稳压控制的,稳压主取样点设在+5 V输出端,由R14和R15对+5 V电压进行取样;辅助取样点设在+14 V输出端,由R16和R15对+14 V电压进行取样。当某种原因(如电网电压上升,负载变轻等)引起各路输出电压上升时,送至IC3控制脚的取样电压也上升,从而使IC3导通加强,IC2中的发光二极管和光屯三极管导通也增强,IC1的2脚电压下降,经内部电路调节后,其8脚输出的脉冲宽度变窄(占空比减小),开关管VT1饱和时间缩短,各路输出电压下降。当某种原因引起各路输出电压下降时,则稳压过程与上述相反。
3.4 保护过程
(1)过流保护。当某种原因(如负载过重等)引起开关管VT1的电流增大时,R7上的电压必升高,该电压经R5送至IC1的6脚,只要6脚电压达到0.85 V,并持续350 ns时,内部过流保护电路动作,使8脚提前输出低电平,VT1提前截止,从而有效抑制电流的进一步上升,使VT1不至于过流而损坏。
(2)过载保护。当负载出现短路时,+14 V和+5 V电压接近0 V,此时IC3和IC2截止,IC1的2脚电压会上升,只要2脚电压上升至5 V,且持续60 ms,内部电路就会执行过载保护,8脚停止脉冲输出。
(3)欠压保护。欠压保护是由IC1的7脚内部电路来完成的。开机后,C6被充电,若C6上的电压不能达到16 V,IC1就不会工作,处于欠压保护状态。若C6上的电压能达到16 V,IC1就工作,一旦电路工作后,7脚电压只需维持在10~16 V之间即可,如果某种原因使得C6两端电压下降至10 V以下时,IC1立即停振,8脚停止脉冲输出,进入欠压保护状态。
(4)过压保护。当稳压环路开路时,各路输出电压会大幅上升,C6的电压也会上升,只要该电压达到28 V,IC1内部电路立即执行过压保护,8脚停止脉冲输出。
值得注意的是,当LD7552B进入保护状态后,其状态不能自动锁存,当保护条件不具备时,电路就会自行解除保护状态,重新工作。工作后,若保护条件又具备,则再一次进入保护状态,如此循环。也就是说,当电路进入保护状态时(过流保护除外),电路会间歇工作(即所谓的“打嗝”)。此时,输出电压及LD7552B相关引脚电压会波动。
4 关键检测点
该电源有一个目击检测点和两个关键检测点。当电源出故障时,通过检测这些点就能很快找到故障所在。保险管F1是目击检测点,通过观察或测量F1是否烧断,可以判断故障的性质。当F1烧断时,说明电源中有短路故障存在,短路部位一般发生在整流桥堆(BD1)、滤波电容C2,C3或开关管VT1上。C2上的电压是第一关键检测点,通过检测此点电压可以判断故障部位。例如,当电源不工作时,若测得C2上的电压为0 V,说明故障在交流输入电路或整流电路上;若C2上有300 V电压,说明故障部位在C2之后的电路中。LD7552B的7脚是第二关键检测点,当电源不工作时,通过测量该点电压可以缩小故障部位。例如,通电后,7脚电压达不到16 V,说明电路不工作是因启动电压过低而引起的;若7脚电压大幅度摆动,说明电路进入保护状态。
5 结语
LD7552B是一种非常完美的新型绿色电源芯片,具有很强的调压功能和完善的保护功能,所以稳定性和可靠性都很高,且能根据负载的大小自动改变工作模式。实践表明,基于LD7552B的开关电源能在90~240 V交流环境中稳定工作,在输出40 W功率的情况下,电源自身损耗仅3 W左右,效率达90%以上;在绿色模式下,电源自身损耗仅0.4 W左右。LD7552B是设计中大功率开关电源的首选芯片,它必将受到广大电子工作者的青睐,具有广阔的应用前景。
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