使用TL431分流穩(wěn)壓器限制高交流輸入電壓

SMPS中，電路箝住輸入交流電壓到功率MOSFET工作的安全等級(jí)。

大多數(shù)隔離、離線的SMPS(開(kāi)關(guān)型能量供給)，包括回掃、前進(jìn)和共鳴，必須在有效值90到260V的輸入電壓下工作。一些情況甚至使用有效值400V±10%的線電壓，導(dǎo)致器件電壓等級(jí)的提升，增加了全部設(shè)計(jì)費(fèi)用。使用輸入限制電路，可以在不損害供電器件的前提下，增加輸入電壓到有效值440V。

圖1中電路限制或箝住大于有效值260V的輸入交流電壓到功率MOSFET工作的安全等級(jí)。電路使用MOSFET Q1，如100Hz開(kāi)關(guān)分流穩(wěn)壓器IC1 TL431CZ，通過(guò)分壓的R2和R4設(shè)置箝位高壓等級(jí)。電路使用圖中所示器件值。箝位輸出電壓為直流360V，輸入電壓為有效值260V，最大輸入電壓為有效值440V。經(jīng)測(cè)試電路消耗功率5到10W。

輸入電壓小于有效值260V，點(diǎn)C小于2.5V,，IC1閉合，最小關(guān)閉狀態(tài)陰極電流下降。齊納二極管D2到15V崩塌，確保Q1的穩(wěn)定狀態(tài)。這個(gè)操作是Q1在輸入電壓小于有效值260V的正常狀態(tài)。從而，在這些電壓等級(jí)，電路作為容性負(fù)載C3下的標(biāo)準(zhǔn)全橋整流器工作。

有效值

260V或更大的輸入電壓時(shí)，點(diǎn)C大于2.5V，IC1打開(kāi)，D2電流換向且降低。門源電壓Q1降到約2V，Q1關(guān)閉?，F(xiàn)在，即使D1橋整流二極管處于正向偏壓，也沒(méi)有電流流到電荷泵電容C3。整流輸入交流電壓大于通過(guò)C3電壓，但是Q1關(guān)閉，回路中斷，沒(méi)有電流流過(guò)。從而，由于沒(méi)有合適的放電電流，C3上輸出直流電壓得到限制。

整流交流輸入電壓開(kāi)始減少時(shí)，其最終到點(diǎn)C的2.5V極限水平，Q1再次打開(kāi)。但由于整流橋二極管反向偏置，沒(méi)有電流流動(dòng);整流輸入交流電壓小于通過(guò)C3的電壓。這個(gè)電壓由輸出功率等級(jí)決定的速度減小。最終，當(dāng)整流橋二極管變?yōu)榍跋蚱脮r(shí)，電壓和整流輸入交流電壓在同一水平。Q1仍然打開(kāi);因此，放電電流開(kāi)始流動(dòng)。瞬間跟隨，通過(guò)Q1和D1引導(dǎo)。短放電脈沖補(bǔ)充能量損耗，增加電壓到限制等級(jí)。當(dāng)輸入電壓高于有效值260V時(shí)，Q1再次閉合，重復(fù)整個(gè)過(guò)程。

Q1消耗能量少。每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，MOSFET只閉合450 µs，導(dǎo)致此高電壓限制電路高效率?？梢允褂盟鳛閹TMicroelectronics SuperMesh MOSFET STP4NK50Z的MOSFET開(kāi)關(guān)。其有TO-220封裝，但也可以使用Dpak封裝節(jié)省空間，因?yàn)镸OSFET不是一個(gè)消耗電壓限制器。當(dāng)50/60Hz整流二極管前置偏置，通過(guò)Q1的電流中斷。電流中斷引起漏源電壓。依照EN 55022 B級(jí)，使用峰值和均值檢測(cè)，箝位電路通過(guò)管理EMI(電磁干擾)測(cè)試。1-mH, 0.2A阻塞，L1和L2抑制EMI。通過(guò)D1橋的整流管，220-nF, 440V交流電容C1為簡(jiǎn)單的緩沖器元件。