單片機電源模塊設計

0 引言

特種集成開關電源主要包括以下5種類型[1]：

1）復合型開關電源；

2）恒壓／恒流（CV／CC）型開關電源；

3）截流輸出型開關電源；

4）恒功率輸出型開關電源；

5）其他專用開關電源，例如高速調制解調器（HighSpeedModem）電源、DVD電源等。

特種單片開關電源有兩種設計方案：第一種是采用通用單片開關電源集成電路（例如TOPSwitch－Ⅱ、TOPSwitch－FX、TOPSwitch－GX等系列），再配上電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)等外圍電路設計而成的，其特點是輸出功率較大，但外圍電路復雜；第二種是采用最近問世的LinkSwitch系列高效率恒壓／恒流式三端單片開關電源芯片，或選用LinkSwitch－TN系列、DPA－Switch系列單片開關電源專用IC[2]，這樣可大大簡化電路，降低成本，適合構成中、小功率的特種開關電源。

1 2.5W恒壓／恒流式充電器模塊

下面介紹一種由LNK500構成的2.5W恒壓／恒流式充電器模塊。它適用于手機電池充電器、個人數字助理（PDA，即Personal Digital Assistant）、便攜式音頻設備、電動剃須刀、家用電器的內置電源（如彩電的備用電源、偏置電源）等領域。

1.1 性能特點和技術指標

1）采用高效率恒壓／恒流式單片開關電源LNK500，交流輸入電壓范圍是85～265V，當交流輸入電壓為265V時，漏電流5μA，額定輸出電壓為5.5V，最大輸出電流為0.45A，輸出功率為2.5W。

2）低功耗，高效率，空載功耗0.3W，電源效率的典型值η≈68％。

3）在峰值功率點，允許輸出電壓有±10％的誤差，當初級電感量Lp的誤差為±10％時，輸出電流有±25％的誤差。

4）電路簡單，價格低廉，該電源僅需23個元器件，不需要次級反饋電路，用初級電路即可實現恒流／恒壓輸出，允許采用低價格、小尺寸的EE13型磁芯。

5）具有過熱保護、輸出短路保護及開環(huán)保護功能。

6）符合電磁兼容性國際標準CISPR22B／EN55022B。

1.2 2.5W恒壓／恒流式充電器模塊的電路設計

由LNK500構成2.5W恒壓／恒流式充電器模塊的內部電路如圖1所示。FR為可自恢復熔斷電阻器，它具有限流保護作用并能限制上電時的沖擊電流。由VD1～VD4構成橋式整流，由電感L1、L2和電容C1、C2組成低功耗π型濾波器，能濾除電磁干擾。L2可采用3.3μH的磁珠。在LNK500內部功率MOSFET導通時，輸出整流管VD6截止，此時電能就儲存在高頻變壓器中。當功率MOSFET關斷時，VD6導通，儲存在高頻變壓器中的能量就通過次級電路輸出。VD6采用1A／100V的肖特基二極管SB1100，R4和C7并聯在VD6兩端，能防止VD6在高頻開關狀態(tài)下產生自激振蕩。C6為輸出端濾波電容。R5為22kΩ的負載電阻。

圖1 2.5W恒壓／恒流式充電器模塊的內部電路

由R1、C3和VD5構成的RCD型箝位電路具有以下功能：

1）當功率MOSFET關斷時，對初級感應電壓進行箝位；

2）能簡化反饋電路的設計。

控制端的反饋電流由電阻R2來設定。剛啟動電源時由控制端電容C4給LNK500供電，C4還決定了自動重啟動頻率。

為了降低電磁干擾，高頻變壓器的初級設計了兩個繞組，分別為NP1及NP2。NP2被稱為“抵消繞組”（cancellation winding），它經過R3及C5接初級返回端，能降低初級電路中的電磁干擾。此外，在初、次級之間還需增加屏蔽層。

LNK500只適合在不連續(xù)模式下工作，其輸出功率由式（1）確定。

PO≈0.5ηLPIP2f（1）

式中：PO為輸出功率；

η為電源效率；

LP為高頻變壓器的初級電感；

IP為LNK500的峰值電流；

f為開關頻率。

不難看出，PO與LP成正比，IP2f的大小則受LNK500控制。

高頻變壓器采用EE13型磁芯，配8引腳的骨架。初級繞組NP1用φ0.13mm漆包線繞90匝，NP2用φ0.16mm漆包線繞22匝，次級繞組用兩股φ0.25mm的三重絕緣線繞5匝。在初、次級繞組之間用3股φ0.25mm漆包線繞5匝，作為屏蔽層。初級電感量LP=2.3mH（允許有±10％的誤差）。高頻變壓器的諧振頻率不低于300kHz。