二、电路工作原理分析
一款采用NCP1337(IC1)的12V/5A电源适配器(60W)电路如图2所示。该电路采用常见的反激式拓扑结构。
1.电源输入电路
TH1为负温度系数电阻,主要作用是减小开机时的冲击电流。VSR1为470V压敏电阻,主要作用是吸收输入线路上的浪涌电压,防止电源内部的元件过压损坏。
2.EMI共模抑制电路
电容C1、C2和共模电感L1一起组成EMI共模抑制电路,其作用一是衰减开关电源的差模噪声,减小EMI的辐射能量;二是抑制开关电源的共模噪声幅度,减小开关电源的传导干扰。
3.初级输入滤波电路
Cdc为普通耐压400V的电解电容,主要作用是对输入电压平滑滤波,滤除100Hz纹波电压,为开关电源提供相对稳定的直流电压。C4为高压陶瓷电容,主要作用是滤除高频开关噪声,改善电源的传导特性。
4.输入过/欠电压保护和过载补偿电路
Rb 1~Rb3和Cb对输入电压进行检测,并送给IC1的①脚,以实现输入过/欠电压保护功能。电阻Rb4用来设定过载补偿的幅度,结合电流采样电阻Rs和变压器初级电感量,可保证电源适配器在全输入电压范围内有恒定的过载功率点,克服了一般的电源适配器在输入电压变化时,过载功率点难以保持恒定的缺点,从而避免了在输入电压过高时,因输出功率偏高而过热损坏元器件的问题
5.尖电压吸收电路
由Dsn、Csn和Rsn组成的尖峰电压吸收电路,其主要作用是用来吸收MOSFET功率开关管Q1在关断时产生的上升沿尖峰电压能量,减少尖峰电压幅值,防止功率开关管过压击穿。Rsn要求采用功率大于2W的电阻,阻值在68kΩ左右。Csn要求用低等效串联电阻的陶瓷电容,容量在3300pF左右,耐压值在400V以上。Dsn则要求选用超快恢复二极管,反向耐压值在600V以上。
6.辅助电源电路
IC1虽然内部有自供电系统,但其提供的能量受IC本身热损耗能力的限制而非常有限,用其驱动大电流MOSFET管时,仍需增加辅助电源。Da、Ra和Ca就是用来构成IC1的辅助电源。同时,IC1还能通过辅助电源电压来监测输出电压,从而实现输出过压保护功能。
7.次级同步整流控制电路
T2,Dsc,Rsc和Qsc等组成次级同步整流的控制电路。T2为电流互感器,Qsc、Qsc1和Qsc2为普通的PNP、NPN三极管,电阻Rsc用于电流互感器磁芯复位。
当T2的原边有变化的电流流过时,T2的副边就会产生感应电压,此电压经Dsc整流后在Rsc1上产生一驱动电压,再经Qsc,Qsc 1和Qsc2电流放大后,驱动整流MOS-FET管QR导通。由于准谐振电源是工作在非连续模式,所以控制电路一定是在整流MOSFET管漏极电流到零时才关断整流MOSFET管。这样QR的关断损耗几乎为零,这样大大提升了同步整流的效果。
8.次级整流输出滤波电路
在QR、Co、Cp和坤一起组成的12V整流输出滤波电路中,MOSFET管QR替代传统的肖特基二极管作整流用,因MOSFET管的导通损耗远小于肖特基二极管,这样可提高整个电源的转换效率,尤其在大电流输出时效率提升的效果更加明显。当然在输出电流较小的情况下,整流仍可选用快恢复二极管。Co、Cp和LP构成了12V直流输出的∏型滤波电路。Co、Cp,的主要作用是平滑滤波。鉴于Co、Cp和坤的等效串联电阻(ESR)直接影响输出电压的纹波电压大小,因此,要尽量选择低ESR值的电解电容和电感。
9.输出电压反债与稳压控制电路
光耦IC2 (PC817)与2.5V基准电压源IC3(TL431)等元件组成隔离电压反馈取样电路,电阻R15,R16用来设定输出电压的大小,电阻 R17提供IC2的工作电流,电阻R18为IC3提供直流偏置。
当+12V输出电压升高时,加到IC2①脚的电压升高;同时,由R15与R16分压所得电压升高,即IC3的R极电压升高,则IC3的K极电压下降,即IC2的②脚电压下降,IC2中①、②脚间的发光二极管发光增强,其③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,相当于IC2的③、④脚的等效电阻减小,则IC1的②脚电压下降,在IC1内部PWM电路的控制下,其⑤脚输出的驱动脉冲占空比减小,则开关管在一个周期内的导通时间减少,输出电压下降,从而达到稳压的目的。当+12V输出电压降低时,其稳压控制过程与上述相反。