集成開關(guān)器的反激式電源的低損耗設(shè)計
1)序言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180469.htm文章介紹如何設(shè)計電路,減低采用IRIS40xx系列集成開關(guān)器的反激式電源中的空載和待機狀態(tài)損耗。要達到此目的,可以利用一個根據(jù)負載情況轉(zhuǎn)換IRIS器件的工作模式的電路。準諧振模式(Quasi-resonant mode, QR)用在重載情況下,脈沖比率控制模式(Pulse raTIo control mode, PRC)用在輕載和空載情況下。在輕載和空載情況下切換到PRC模式,電路將工作在15-20kHz頻率范圍,這樣空載損耗將從典型的2.5W(230VAC輸入)降低到大約0.8W。在空載情況下,準諧振模式會使電路在300-350kHz的頻率下工作,這樣將導致較高的開關(guān)損耗。
2) 待機電路工作過程
圖1中的電路是一個采用IRIS40xx集成開關(guān)器件的典型單輸出反激式電源。該電路與其它應用指南中的不同,它附加了一個在空載和待機情況下可降低運行功耗的電路。附加電路包括Q1/R12/R13/C11/D8,這五種器件組成一個切換電路,控制從輔助繞組B流向IRIS40xx反饋端的準諧振反饋信號的通過或切斷。
這個待機電路的工作過程相當簡單,這里將作解釋。D3/R5/C4/D4構(gòu)成一個延時電路,它將從輔助繞組來的準諧振信息反饋到反饋管腳,使IRIS40xx可以探測到所有能量已經(jīng)從一次側(cè)傳到了二次側(cè),以及漏極電壓降到了最低點進行軟開關(guān)。Q1被安排在這個路徑上作一個開關(guān),用來使該反饋信號有效或無效,有效地將IRIS40xx的工作模式從準諧振模式(反饋有效時)轉(zhuǎn)變到低頻的脈沖比率控制模式(反饋無效時)。
該電路通過監(jiān)測輔助繞組的電壓來決定兩種模式之間的切換時刻。在正常負載下,輔助繞組電壓較高,模式切換電路設(shè)置在適當水平,使得Q1在這種條件下開通,QR反饋信號/延時電路有效。當電路降到空載或輕載條件下時,輔助繞組電壓降到設(shè)定水平以下,使反饋/延時電路無效。
R12/R13/D8組成分壓器,用來設(shè)定待機模式切換電路的切換電壓水平。這個切換電壓水平由R13和D8上的壓降決定。當輔助繞組的電壓足夠高,電流會流過D3/R12/R13和D8。這令到R12的電壓下降,跟著PNP管Q1的射基極之間的電壓也下降。當此電壓超過0.6V,電流即注入Q1的射基結(jié),Q1便會開通。假如輔助繞組上的電壓較低,使得很少或者沒有電流通過R12,令R12上的壓降(跟著是Q1的射基極間的壓降)低于0.6V,Q1的射基結(jié)便沒有足夠的正向偏置,所以Q1不能開通,使反饋延時信號無效。
3)設(shè)計步驟
讓我們用一個例子來說明怎樣設(shè)計和實現(xiàn)這部分電路,我們假定其余的電路已根據(jù)其他的設(shè)計指南設(shè)定好了。
首先,讓我們拿一個例子,正常設(shè)計的Vcc為17V。如果輔助繞組上的整流管用的是諸如1n4148之類的器件,則輔助繞組電壓應設(shè)計為18V。
這樣,在正常負載條件下,X點于能量傳送周期時的電壓為18V?,F(xiàn)在我們想在X點選定一個電壓值用來切換工作模式。這顯然是低于18V的,因此我們應該挑選比預期的偏置電壓要低幾伏的電壓值,以保證能在輕載時進行切換,但也能在滿載條件下啟動進入QR模式。讓我們選15V(由于來自輸出控制電路的反饋電流較大,輕載或空載時的輔助繞組的電壓會降低)。
如果我們在X點得到15V,那么Q1的發(fā)射極(Y點)的電壓將比它低1V,這是因為D3的正向壓降V的存在,所以Y點將是14V。當射基結(jié)間的電壓有0.6V,Q1將導通。因此讓我們設(shè)定R12為620歐姆,當有968µ 的電流通過R12時,Q1便會導通。這樣如果我們想讓Q1在Y點為14V時導通,我們可以設(shè)定D8的穩(wěn)壓值,并計算R13的電阻值:
在這個例子中,V為14V,I為968µ D8為11V的齊納二極管,則R13將為2.4k。
這樣電路將能夠利用負載變化把工作模式切換到低功耗待機狀態(tài),負載范圍從大于1A到0.05A或更少。
4)電路波形
圖2的波形顯示了負載變化導致電路從準諧振運行模式切換到PRC模式的情形。
如CH4所示,當負載電流從滿載降到空載時,反饋電壓水平將由于輸出電壓的提高而增加,以轉(zhuǎn)移貯存的能量。在這種條件下,反饋電壓水平最終增加到某一點,F(xiàn)ET停止開關(guān),如CH1上漏極波形平坦的那一段所示。同時在FB管腳(CH3)也看不到QR信號。Vcc電壓(CH2)也同樣下降,因為輔助繞組這時沒有提供能量。約5毫秒后反饋水平穩(wěn)定下來,F(xiàn)ET又開始開關(guān)。但這時電路工作在PRC模式下,因為此時Vcc降低以及FB端沒有QR信號,在CH3上可以看到降低的電壓。在這種條件下運行時,由于輸出空載,所以反饋水平依然很高,這樣電路只需要從一次側(cè)傳遞很少的能量到輔助繞組和輸出繞組以保持電路的平衡,直到下一次負載變化。
圖2)電路由QR模式切換為PRC模式時的波形
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