超宽输入电压反激式开关电源的设计.pdf

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1、超宽输入电压反激式开关电源的设计SuperWideInputVoltageRange,Off-LineFlybackSwitchingPowerSupplyDesign飞兆科技股份有限公司杨恒(200070)摘要：一般的反激式开关电源变换器的输入电压范围只能满足于1：3的关系，即90-264VAC，而当要输入电压范围更宽时，例如1：6.6，即90-600VAC时，传统的固定工作频率的反激式开关电源变换器就不能满足工程上的要求。本文介绍了利用压控振荡器(VCO)的控制方法，来实现非常宽的输入电压范围。当输入电压变化时，变压器反馈绕组的

2、电压也变化，使控制IC的振荡频率作出对应的调整，以满足非常宽的输入电压的要求。叙词：反激式开关电源,，压控振荡器(VCO)，定频率，变频率。1.引言现在有许多方面的问题困扰着电源设计工程师。例如，正激式变换器的输入电压变化范围较小，仅为90-130VAC；或180-264AC；而使用升压模式的变换器输入电压范围也只能适合与90-270VAC，任何要满足更高的输入电压范围的产品则必须重新设计。公司生产产品的目的是满足市场的需要，如产品的成本很高，对消费者来说都将是难以接受的。附加的产品功能不但对企业来说是必须的；而且对用户来说也是可接

3、受的。一般的反激式开关电源变换器的输入电压范围只能满足于1：3的关系，即90-264VAC；而当要输入电压范围更宽时，例如1：6.6，即90-600VAC时，传统的固定工作频率的反激式开关电源变换器就不能满足工程上的要求。本文介绍了利用压振荡器(VCO)的控制方法，来实现非常宽的输入电压范围的要求。当输入电压变化时，变压器反馈绕组的电压也变化，使控制IC的振荡频率作出对应的调整，以满足非常宽的输入电压的要求。2.固定频率与压控振荡器(VCO)控制方法的比较2.1固定频率电流型控制方法固定频率电流模式的反激式开关电源变换器的输出功率一

4、般小于150W，图1是该模式变换器的框图。＋Ｖin（直流）输出整流输出电压反激式变压器与滤波起动电路振荡器电压基准电压反馈峰值电流比较器时钟电路输出驱动＋S功率开Q关管R－误差放大器前沿尖峰电流侦抑制测元件反馈电压图１　固定频率，电流模式，反激式变换器框图由图1可见，反激式开关电源变换器主要由反激式变压器(储能电感)；功率开关管；输出整流与滤波电路；电压反馈电路和固定频率振荡器等部分组成。1图2为反激式变换器简图。反激式开关电源变TD+换器在轻负载时电流呈不连续状态；重负载时呈RinC连续状态。不连续状态是一种变压器T的储能释+放完

5、的状态；连续状态则是一种在变压器储能没Vin-Q控制电路有完全释放完时就接着供给的一种方式。其条件2Ipri是当LN2≧VO*TOFF/2IOT时，为不连续状态；输出电Rsc压VO和功率开关管的峰值电流(Ipri)分别为：VO=(N2/N1)*(TON/TOFF)*VIN图２　反激式变换器简图Ipri=Vin*Ton/LN1而连续状态状态的条件是:输入电压高2LN2

6、电峰不管是工作在连续型还是不连续型一次流值电电感电流均按Vin/Lpri线性变化。流连续状态下，主开关元件和变压器的利用率都会提高。电流在一次线圈和二次线圈都会发生断续，且输出电容器的纹波时间图３　不同输入电压时的峰值电流电流大。由于连续型和不连续型的控制特点不同，所以设法使系统稳定就显得很重要。图3示出在不同输入电压时的变压器一次侧峰值电流的变化情况。由图可见，采用电流模式控制IC的缺点是：由于输入电压的不同，使变压器电感电流的线性变化率不同，因此功率开关管的导通时间也完全不同；在高压输入时功率MOSFET管的导通时间很短，仅为3

7、00-600nS，功率MOSFET管流过的瞬时峰值电流非常大；在功率MOSFET管关闭时可能发生饱和状态。结果使功率转换在导通时不能线性地打开，导致变换器的效率下降和可靠性降低。2.2压控振荡器(VCO)电流型控制方法正因为固定频率-电流模式的反激式变换器有上述缺点，我们必须采用新的方法来设计。采用的新方法是改变开关的导通时间和改变频率。原理框图如图4。我们知道，压控振荡器＋Ｖin（直流）输出整流输出电压反激式变压器与滤波起动电路控制电压转换器压控振荡器电压基准(VCO)电压反馈时钟电路输出驱动＋S功率开Q关管R－误差放大器峰值电流

8、比较器前沿尖峰电流侦抑制测元件反馈电压图４　宽输入电压范围，电流模式，反激式变换器框图就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。若用直流电压作为控制电压,压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源。压控元件一般都是用变容二极管，它的