典型反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案

　　摘要：介紹了一種基于開(kāi)關(guān)電源芯片FSDM0565R 的三相輸入、多輸出反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。分析了FSDM0565R 的特性和工作原理，并給出了它的設(shè)計(jì)電路圖、實(shí)際參數(shù)的計(jì)算及器件的選取，最后給出了該電源模塊的實(shí)測(cè)波形及測(cè)試技術(shù)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該芯片設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源具有效率高、體積小、電路簡(jiǎn)單、輸入電壓變化范圍寬、紋波小等特點(diǎn)。同時(shí)解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)三相輸入的問(wèn)題，具有實(shí)際的推廣價(jià)值。

　　0.引言

　　由于線性電源發(fā)熱量大，效率低（僅35%左右），體積大等缺點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源自20 世紀(jì)以來(lái)便顯出了強(qiáng)大的生命力， 倍受學(xué)者和用戶的青睞。目前，開(kāi)關(guān)電源以其高性能，高效率（75%，現(xiàn)在單片集成開(kāi)關(guān)電源效率早已達(dá)到90%以上），這對(duì)解決能源問(wèn)題起到推波助瀾的作用，很多節(jié)能電器的電源供給早已被開(kāi)關(guān)電源取代；體積小，易于安裝，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電源供給起到了重要的作用；設(shè)計(jì)功率可選范圍大（從幾十瓦到幾千瓦都可以用開(kāi)關(guān)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)）。反激式開(kāi)關(guān)電源相對(duì)其它類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源輸出功率小，變換電路簡(jiǎn)單，所用元件少，適用于中小功率并提供多路直流電流輸出， 所以被大量用于控制電路和路燈節(jié)能、防盜控制箱中。本文分析了反激式開(kāi)關(guān)電源工作方式并以FSDM0565 型芯片設(shè)計(jì)了一款多輸出反激式開(kāi)關(guān)電源模塊，并給出了測(cè)試過(guò)程的數(shù)據(jù)和波形。

　　1.FSDM0565R 的主要性能特點(diǎn)和工作原理

　　1.1 性能特點(diǎn)

　　FSDM0565R 是Fairchild 半導(dǎo)體生產(chǎn)的單片開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)芯片，它由PWM 控制器、振蕩器、熱關(guān)斷保護(hù)電路、故障保護(hù)電路及其他控制電路集成在一個(gè)單片器件內(nèi)。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達(dá)到80%左右。具體性能如下：a、堅(jiān)固的內(nèi)部雪崩值SenseFET; b、先地的間歇工作模式（240VAC 1W 和0.5W 時(shí)的消耗）； c、精確的固定工作頻率：66KHz;d、內(nèi)部啟動(dòng)電路、改進(jìn)的電流限制、過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、過(guò)載保護(hù)（OLP）、內(nèi)部熱關(guān)斷功能（TSD）、異常過(guò)電流保護(hù)（AOCP）、自動(dòng)重啟模式、欠壓鎖定（UVLO）等。

　　1.2 FSDM0565R 的工作原理

　　FSDM0565R 主要包括以下幾部分：（1）啟動(dòng)：在啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部的高電壓電流源提供了內(nèi)部的偏壓， 并為連接Vcc 腳的外部的電容（CVCC）充電。當(dāng)Vcc 達(dá)到12V 時(shí)，F(xiàn)PSTM 開(kāi)始開(kāi)關(guān)動(dòng)作，此時(shí)內(nèi)部的高電壓電流源就消失。（2）反饋控制：開(kāi)關(guān)電源的反饋控制有電壓控制和電流控制兩種方式，F(xiàn)SDM0565R 采用電流反饋控制方式。由一個(gè)光耦（如H11A817A）和一個(gè)分壓調(diào)整器（如KA431）組成一個(gè)典型的反饋網(wǎng)絡(luò)。在此需要強(qiáng)調(diào)在電路紋波調(diào)試時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)紋波不對(duì)的情況，這很可能是由于反饋回路有問(wèn)題，這時(shí)檢查電路時(shí)需要測(cè)量反饋回路的波形對(duì)比光耦兩邊的頻率是否一致。本人在設(shè)計(jì)時(shí)就由于成本問(wèn)題，選用了低成本的低速光耦（NEC2501-1），導(dǎo)致了輸出頻率不夠從而達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)。所以選用光耦時(shí)要根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的頻率來(lái)選。（3） 保護(hù)電路：FSDM0565R 內(nèi)部集成了許多自我保護(hù)功能的電路，比如過(guò)載保護(hù)（OLP），過(guò)流保護(hù)（AOCP），過(guò)電壓保護(hù)（OVP）和過(guò)熱關(guān)斷（TSD）。具體指標(biāo)詳見(jiàn)本芯片的技術(shù)手冊(cè)。（4）軟啟動(dòng)：FSDM0565R 內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，當(dāng)電路啟動(dòng)時(shí)，增加了PWM 比較器的反向輸入電壓和FET 的電流。通常的軟啟動(dòng)時(shí)間是10 毫秒，提供給開(kāi)關(guān)管的脈寬寬度逐步增加，以給高頻變壓器、電感器、電容器提供正確的工作工況。輸出電容也在啟動(dòng)時(shí)充電，延緩了電壓的突變，從而不會(huì)使變壓器工作在飽和狀態(tài)，也減少了對(duì)輸出變頻二極管的沖擊。（5）突發(fā)模式：FSDM0565R 存在兩種模式，正常的66KHZ 模式和突發(fā)模式。為了減少在待機(jī)時(shí)的損耗，F(xiàn)SDM0565R 設(shè)有突發(fā)模式。當(dāng)負(fù)載突然減少時(shí)，反饋電路的電流突然下降，這樣FSDM0565R 就會(huì)進(jìn)入突發(fā)模式。

　　此時(shí)反饋電壓就會(huì)降到VBURL（500mV），這時(shí)開(kāi)關(guān)管停止工作，輸出電壓依據(jù)待機(jī)負(fù)載開(kāi)始下降到一定值。然后反饋電壓又會(huì)上升，它又會(huì)超過(guò)VBURH（700mV）的開(kāi)關(guān)消耗，這兩種情況反復(fù)進(jìn)行。

　　2.模塊系統(tǒng)組成和參數(shù)設(shè)計(jì)

　　圖1 是用FSDM0565R 芯片設(shè)計(jì)的反激式開(kāi)關(guān)電源模塊，輸入電壓的范圍為85VAC~265VAC， 輸出功率為45W， 輸出直流電壓分三組：+5V（0.1A）、+12V（0.2A）、+13.8V（2A）。一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)主要是外圍電路的設(shè)計(jì)，分為：輸入整流濾波電路、高頻變壓器、鉗位保護(hù)電路、欠過(guò)壓保護(hù)電路、外部限流保護(hù)電路、輸出整流濾波電路以及反饋電路幾部分組成。如圖1 所示。

　　圖1 電源模塊電路原理圖