設(shè)計分享：自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源-KIA MOS管

自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源設(shè)計原理：下圖是自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源的原理圖。

圖中X1_C1 、X1_C2 、Y_C1 、Y_C1及L 組成EMI 電路，用來濾除電網(wǎng)中的共模差模信號，同時避免開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。L 為共模扼流圈，共模扼流圈是開關(guān)電源、變頻器、UPS 電源等設(shè)備中的一個重要部分。

當(dāng)工作電流流過兩個繞向相反的線圈時，產(chǎn)生兩個相互抵消的磁場，如果有共模干擾信號流過線圈時，線圈對共模信號即呈現(xiàn)出高阻抗，產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果，達(dá)到衰減干擾信號作用。

X1_C1 、X1_C2 、Y_C1及Y_C2為安規(guī)電容，其中X1_C1與X1_C2為X 安規(guī)電容，Y_C1和Y_C2為Y 安規(guī)電容，它們用在電源濾波器里，與L 起到電源濾波作用，分別對共模，差模工擾起濾波作用。

安規(guī)電容的特性是電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊穿，不危及人身安全。RV為壓敏電阻，具有防雷作用，也可用TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)，由于壓敏電阻具有良好的非線性特性、通電流大、殘壓水平低、動作快和無續(xù)流等特點(diǎn)，被廣泛用于電子設(shè)備防雷。

開關(guān)電源系統(tǒng)壓敏電阻相當(dāng)于D 級防雷器，對于220V線路，壓敏電阻的選取為，220×1 .4×1 .4=430 V，所以壓敏電阻選型為470 V。

RT 為熱敏電阻，開機(jī)時，220 V交流電經(jīng)過整流后對大電容充電，而電容的特性是瞬間充電電流為最大，從而對前邊的橋和保險絲帶來沖擊，容易造成器件上電時損壞，為了提高電源設(shè)計的安全系數(shù)，常在保險之后加入電阻進(jìn)行限流，電阻越大時，雖然限流效果好，但是電阻消耗的電能也是很大的，開關(guān)電源啟動后，限流電阻已沒有作用，反而浪費(fèi)電力。

為了達(dá)到較好限流效果而又省電，現(xiàn)在的開關(guān)電源經(jīng)常采用負(fù)溫度熱敏電阻作限流使用，吸收浪涌電流。負(fù)溫度熱敏電阻的特性是，溫度越高，電阻越小。

為了減小電源體積及復(fù)雜度，此處避免了使用繼電器等組成的防浪涌電路，經(jīng)過試驗(yàn)，達(dá)到了非常好的效果。變壓器T，RCD(R2 ，C1 ，D1 )吸收電路及開關(guān)管構(gòu)成了此電源的能量轉(zhuǎn)換電路，本電路采用單端反激，是一種比較成熟的電源變換電路，變壓器既作為隔離器件，又作為儲能器件。

此變壓器采用EI 骨架，初級線圈電感量在1 .2 ～1 .3 mH 之間，在繞制變壓器時，自激繞組要靠外圈，初級繞組分兩組疊加，一組在內(nèi)，一組在外，可防止磁通飽和影響電源效率。

此變壓器屬于常規(guī)變壓器，不再多述，開關(guān)管的選取要注意漏源級的耐壓，最大工作電流，導(dǎo)通電阻，耗散功率及一些開關(guān)時間等。RCD 吸收電路的功能是吸收因變壓器初級繞組在工作時產(chǎn)生的自感電勢，避免在開關(guān)管集電極截止瞬間出現(xiàn)過高的反峰高電壓損壞開關(guān)管而設(shè)的。

開關(guān)管工作時一直處于導(dǎo)通與截止，循環(huán)工作，所以吸收回路一直是有電流通過的，這個電流的大小隨開關(guān)電源的功率大小而不同，使得吸收回路的元器件取值也不一樣，RCD 吸收電路中的R 值如過小，就會降低開關(guān)電源的效率。

然而，如R 值過大，MOS管就存在著被擊穿的危險。本電路選用10 kΩ/2 W，電容選用0.01 μF/1 kV，D1選用耐壓1 kV的HER107 。輸出電路主要包含整流濾波，三端穩(wěn)壓器及假電阻等。選用合適的濾波電容及假電阻可減小電源輸出紋波和提高電源效率。

自激式多路輸出穩(wěn)壓開關(guān)電源原理圖

圖中光耦器件PC817 ，TL431 及框中自激電路組成了本電源的控制電路。R16 、R17是取樣電阻，TL431 為可調(diào)試精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，通過改變電阻R16和R17的分壓值，可小范圍改變輸出電壓值。R15和C20為TL431 的頻率補(bǔ)償電路，可以提高TL43l 的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。

關(guān)于反饋回路的設(shè)計，實(shí)際上就是確定R13 、R14的阻值及選定合適的光耦合器件，首先要選定線性度好的光耦合器件，因?yàn)檫@樣可以把輸出線性的反應(yīng)到自激電路，可以由自激電路產(chǎn)生線性變化的脈沖，從而線性的反比例控制開關(guān)管的截止與導(dǎo)通。

而目前國內(nèi)常用的4N25 系列光耦屬于非線性光耦合器，不宜采用。其次要注意光耦合器件的CTR(電流傳輸比)值。使用光電耦合器主要是為了提供隔離，同時又能將輸出的變化線性的反應(yīng)在自激控制電路中，容易線性的控制開關(guān)管的占空比。

光耦合器的CTR 的允許范圍是50 %～200 %，這是因?yàn)楫?dāng)CTR<50 %時，光耦中的輸入級就需要較大的工作電流，這會增大光耦的功耗。若CTR>200 %，在啟動電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時，有可能影響正常輸出。PC817 的CTR 線性范圍為80 %～160 %，能夠較好地滿足反饋回路的設(shè)計要求。

確定好光耦后，就要確定R13 、R14 ，需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。R13為PC817的外部限流電阻。實(shí)際上除了限流保護(hù)作用外，它對控制回路的增益也具有重要影響。

當(dāng)R13改變時，會影響到光耦的輸入電流，然后影響光耦的輸出電流，進(jìn)而影響開關(guān)管的占空比，也就相當(dāng)于改變了控制回路的電流放大倍數(shù)。此電路中R13取100 Ω，在光耦輸入端和R13上并聯(lián)R14是為了在光耦輸入電流接近于0時，為了保證TL431 陰極不低于1 mA的工作電流而設(shè)置的。

電源反饋電路原理

圖中方框圖是自激電路，是電源的脈沖生成及控制部分。三極管工作于開關(guān)狀態(tài)，開通與截止的時間受PC817 輸出端電流和取樣電阻R7的影響。用示波器可觀察到方框圖中穩(wěn)壓管，三極管，取樣電阻都工作于矩形脈沖下。

簡要分析一下反饋回路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的工作過程：

當(dāng)輸出電壓Uo發(fā)生波動時，通過取樣電阻R16 、R17分壓后，就使TL431 上的光耦輸入電流If產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而使PC817 中輸出電流Ic改變，Ic的改變使三極管基極的電流Ib改變，進(jìn)而改變了基極電壓Ub ，改變了三極管的導(dǎo)通時間，從而改變了開關(guān)管的導(dǎo)通時間，即占空比D，使Uo產(chǎn)生了相反的變化，以保持Uo的穩(wěn)定。

上述穩(wěn)壓過程可歸納為:Uo ↑→If ↑→Ic ↑→Ib ↑→Ub ↑→D↓→Uo ↓。如此一個循環(huán)后Uo下降，使電源達(dá)到穩(wěn)定。

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