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环亚国际app恒流输出式单片开关电源的规划原理
来源:http://www.lgbtdome.com 责任编辑:ag环亚娱乐平台 更新日期:2018-10-25 15:58

  恒压/恒流输出式单片开关电源的规划原理

  恒压/恒流输出式单片开关电源可简称为恒压/恒流源。其特点是具有两个操控环路,一个是电压操控环,另一个为电流操控环。当输出电流较小时,电压操控环起效果,具有稳压特性,它相当于恒压源;当输出电流挨近或到达额定值时,经过电流操控环使IO保持稳定,它又变成恒流源。这种电源特别适用于电池充电器和特种电机驱动器。下面介绍一种低成本恒压/恒流输出式开关电源,其电流操控环是由晶体管构成的,电路简略,成本低,易于制造。

  1.恒压/恒流输出式开关电源的作业原理

  7.5V、1A恒压/恒流输出式开关电源的电路如图1所示。它选用一片TOP200Y型开关电源(IC1),配PC817A型线性光耦合器(IC2)。85V~256V沟通输入电压u经过EMI滤波器L2、环亚国际app,C6)、整流桥(BR)和输入滤波电容(C1),得到大约为82V~375V的直流高压UI,再经过初级绕组接TOP200Y的漏极。由VDZ1和VD1构成的漏极箝位维护电路,将高频变压器漏感构成的尖峰电压限定在安全规模之内。VDZ1选用BZY97C200型瞬态电压抑制器,其箝位电压UB=200V。VD1选用UF4005型超快康复二极管。次级电压经过VD2、“相关部分”繁复 LED照明企业莫衷一是,C2整流滤波后,再经过L1、C3滤波,取得+7.5V输出。VD2选用3A/70V的肖特基二极管。反应绕组的输出电压经过VD3、C4整流滤波后,得到反应电压UFB=26V,给光敏三极管供给偏压。C5为旁路电容,兼作频率补偿电容并决议主动重启频率。R2为反应绕组的假负载,空载时能约束反应电压UFB不致升高。

该电源有两个操控环路。电压操控环是由1N5234B型62V稳压管(VDZ2)和光耦合器PC817A(IC2)构成的。其效果是当输出电流较小时令开关电源作业在恒压输出形式,此刻VDZ2上有电流经过,输出电压由VDZ2的稳压值(UZ2)和光耦中LED的正向压降(UF)所断定。电流操控环则由晶体管VT1和VT2、电流检测电阻R3、光耦IC2、电阻R4~R7、电容C8构成。其间,R3专用于检测输出电流值。VT1选用2N4401型NPN硅管,国产代用型号为3DK4C;VT2则选2N4403型PNP硅管,可用国产3DK9C代换。R6、R5别离用于设定VT1、VT2的集电极电流值IC1、IC2。R5还决议电流操控环的直流增益。C8为频率补偿电容,避免环路发生自激振荡。在刚通电或主动从头发动时,瞬态峰值电压可使VT1导通,使用R7对其发射结电流进行约束;R4的效果是将VT1的导通电流经VT2旁路掉,使之不经过R1。电流操控环的发动进程如下:跟着IO的增大,当IO挨近于1A时,UR3↑→VT1导通→UR6↑→VT2导通,由VT2的集电极给光耦供给电流,迫使UO↓。由UO下降,VDZ2不能被反向击穿,其上也不再有电流经过,因而电压操控环开路,开关电源就主动转入恒流形式。C7为安全电容,能滤除由初、次级耦合电容发生的共模搅扰。

  该电源既可作业在7.5V稳压输出状况,又能在1A的受控电流下作业。当环境温度规模是0℃~50℃时,恒流输出的准确度约为±8%。

  该电源的输出电压-输出电流(U0-I0)特性如图2所示。由图可见,它具有以下显著特点:

  (1)当u=85VAC或265VAC时,特性曲线改变很小,这表明输出特性根本不受沟通输入电压改变的影响;

  (2)当IO<0.90A时处于恒压区,IO≈0.98A时坐落恒流区,且UO跟着IO的稍微添加而敏捷下降;

  (3)当UO≤2V时,VT1和VT2已无法给光耦持续供给满足的作业电流,此刻电流操控环不起效果,但初级电流仍受TOP200Y的最大极限电流ILIMIT(max)的约束。这时,UR6↑,经过VT1和VT2使光耦作业电流敏捷减小,逼迫TOP200Y进入主动从头发动状况。这表明,一旦电流操控环失控,立即从恒流形式转入主动重启状况,将IO拉下来,对芯片起维护效果。

  2.恒压/恒流输出式开关电源的电路规划

  电压及电流操控环的单元电路如图3所示。

2.1 电压操控环的规划

  恒压源的输出电压由下式断定:

  UO=UZ2+UF+UR1=UZ2+UF+IR1·R1(1)

  式中,UZ2=6.2V,UF=1.2(典型值),需求断定的仅仅R1上的压降UR1。令R1上的电流为IR1,VT2的集电极电流为IC2,光耦输入电流(即LED作业电流)为IF,明显IR1=IC2=IF,而且它们随u、IO和光耦的电流传输比CTR值而改变。TOP200Y的操控端电流IC改变规模是2.5mA(对应于最大占空比Dmax)~6.5mA(对应于最小占空比Dmin),现取中心值IC=4.5mA。因IC是从光敏三极管的发射极流入操控端的,故有关系式

  IR1=Ic/CTR (2)

  在IC和CTR值断定之后,很简单求出IR1。单片开关电源须选用线性光耦合器,要求CTR=80%~160%,可取中心值120%。将IC=4.5mA,CTR=120%代入式(2)得出,IR1=3.75mA。令R1=39Ω时,UR1=0.146V。终究代入式(1)核算出

  UO=UZ2+UF+UR1=6.2V+1.2V+0.146V

  =7.546V≈7.5V

  2.2 电流操控环的规划

  电流操控环由VT1、VT2、R1、R3~R7、C8和PC817A等构成。下面需终究算出稳定输出电流IOH的期望值。图3中,R7为VT1的基极偏置电阻,因基极电流很小,而R3上的电流很大,故能够为VT1的发射结压降UBEI悉数降落在R3上。则

  IOH=UBE1/R3 (3)

  使用下面二式能够预算出VT1、VT2的发射结压降:

  UBE1=(kT/q)·In(Ic1/Is) (4)

  UBE2=(kTq)·In(Ic2/Is) (5)

  式中,k为波尔兹曼常数,T为环境温度(用热力学温度表明),q是电子电量。当TA=25℃时,T=298K,kT/q=0.0262V。IC1、IC1别离为VT1、VT2的集电极电流。IS为晶体管的反向饱和电流,关于小功率管,IS=4×10-14A。

  由于前已求出IR1=IF=IC2=3.75mA,所以UBE2=(kT/q)In(Ic2/Is)

  =0.0262In(3.75mA/4×10 -14A)

  =0.662V

  又因IE2≈IC2,故UR5=IC2R5=3.75mA×100Ω=0.375V,由此推导出UR6=UR5+UBE2=0.375V+0662=1.037V。取R6=220Ω时,IR6=IC1=UR6/R6=4.71mA。下面就用此值来预算UBE1,进而断定电流检测电阻R3的阻值:

  UBE1=0.0262In(4.71mA/4×10 -14A)=0.668

  R3=IBE1/IOH=0.668V/1.0A=0.668Ω

  与之最挨近的标称阻值为0.68Ω。代入式(3)可求得

  IOH=0.668V/0.68Ω=0.982

  考虑到VT1的发射结电压UBE1的温度系数αT≈-21mV/℃,当环境温度升高25℃时,IOH值降为

  I'OH=UBE1-‖αT‖·T/R3

  =0.668V-(2.1mV/℃)×25℃/0.68Ω=0.905A

  恒流准确度为

  γ=(I'OH-IOH/IOH)·100%

  =(0.905-0.982/0.982)·100%=-7.8%≈-8%

  与规划目标相吻合。

  3.反应电源的规划

  反应电源的规划首要包含两项内容:

  (1)在恒流形式下核算反应绕组的匝数NB。之所以按恒流形式核算NB值,是由于此刻UO和UFB都敏捷下降(UO=UOmin=2V),只要UFB满足高时,才干保证恒流源正常作业。

(2)在恒压形式下核算出反应电压额定值UFB。此刻UO=7.5V,UFB也将到达最大值,由此求得UFB值,能为挑选光耦合器的耐压值供给根据。

  反应电压UFB由下式断定:

  UFB=(Uo+UF2+IoR3)·NB/Ns-UF3 (6)

  式中,UF2和UF3别离为VD2、VD3的正导游通压降。NS为次级匝数。从式(6)可解出

  NB=(UFB+UF3/Uo+UF2+IoR3)·Ns (7)

  在恒流形式下当负载加剧(即负载电阻减小)时,UO和UFB会主动下降,以保持恒流输出。为使开关电源从恒流形式转换到主动重启状况时仍能给TOP200Y供给适宜的偏压,要求UFB至少比恒流形式下操控电压的最大值UCmax高出3V。这儿假定UCmax=6V,故取UFB=9V。将UFB=9V、UO=UCmin=2V、UF2=06V、UF3=1V、IO=IOH=0.982A、R3=0.68Ω、NS=12匝同时代入式(7),核算出NB=36.7匝≈37匝(取整)。

  在恒压形式下,UO=7.5V,最大输出电流IO=0.95A,再代入式(6)求得,UFB=26V,此即反应电压的额定值。挑选光耦合器时,光敏三极管的反向击穿电压有必要大于此值,即U(BR)CEO>26V。常用线性光耦的U(BR)CEO=30V~90V。核算光敏三极管反向作业电压UIC2的公式为

  UIC2=UFB-UCmin (8)

  式中,UCmin为操控端电压的最小值(5.5V)。不难算出,UIC2=20.5V。这儿选用PC817A型光耦合器,其U(BR)CEO=35V>20.5V,完全能满足要求。但在规划高压电池充电器时,有必要挑选耐高压的光耦合器。

  (修改:光亮)

  

   LED电源规划原理恒压/恒流输出

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