寬壓輸入電源要求在一定范圍內(nèi)不同等級的電壓都能夠使用，對電壓波動有很強的適應(yīng)性。在工業(yè)現(xiàn)場，電網(wǎng)的電壓往往受用電負(fù)載的變化而變動，特別是負(fù)載較大時情況尤其嚴(yán)重。另外，現(xiàn)場環(huán)境的干擾尖峰也會疊加在輸入電壓上一起進入電源電路，致使在惡劣環(huán)境下，正常供電的開關(guān)電源或其它元件極其容易損壞。下面淺談下超寬壓輸入電源電路設(shè)計。
這是一款基于TOP242N設(shè)計的三路輸出開關(guān)電源，要求輸入電壓范圍為80~400VAC，輸出電壓分別為5V/0.6A、5V/0.1 A、15V/0.15A，輸出總功率約為6W左右。電源電路原理圖如下圖所示：
寬壓電源前端電路設(shè)計：
考慮輸入時電源的波動變化為±15%，當(dāng)輸入電壓要求為400VAC時，最高輸入電壓可達460V左右。此輸入電壓經(jīng)過整流濾波后，其電壓可達650V左右，再考慮加上輸出反饋的電壓Uor和漏感形成的尖峰電壓，疊加后其最高電壓將超過800V。而該芯片的最高電壓為700V，為了保證TOP242能正常安全工作，在設(shè)計前端電路時增加了一個MOS管，讓MOS管與TOP242串接，并實現(xiàn)與TOP管同步開關(guān)來提高整體耐壓。為了使MOS管和TOP242N內(nèi)部的開關(guān)管時序保持一致，MOS管的通斷由TOP242N控制。
寬壓電源外圍控制電路設(shè)計：
該電路將TOP242N設(shè)為全頻工作方式，將TOP242N的極限電流設(shè)置為內(nèi)部最大值，把多功能腳M與S短接，開關(guān)頻率為132kHz。
寬壓電源穩(wěn)壓反饋電路設(shè)計：
該設(shè)計采用光耦加TL431的反饋方式，反饋回路的形式由輸出電壓的精度決定，這樣可以將輸出電壓的變動控制在±1%以內(nèi)，反饋電壓由5V輸出端取樣。電壓反饋信號通過電阻分壓器R10、R11獲得取樣電壓后，將與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進行比較并輸出誤差電壓，然后通過光耦改變TOP242N的控制端電流Lc，再通過改變占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓使其保持不變。光耦的另一作用是對冷地和熱地進行隔離。尖峰電壓經(jīng)R8、C4濾波后，可使偏置電壓即使在負(fù)載較重時，也能保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)電阻R10、R11可改變輸出電壓的大小。
寬壓電源高頻變壓器設(shè)計：
磁芯一般應(yīng)選用能夠滿足高頻開關(guān)的錳鋅鐵氧體磁芯，為便于繞制，磁芯形狀可選用EI或EE型，變壓器的初、次級繞組應(yīng)相間繞制。由于要考慮大量的相互關(guān)聯(lián)變量來設(shè)計高頻變壓器，因此計算較為復(fù)雜，為減輕設(shè)計者的工作量，設(shè)計高頻變壓器可以使用專用軟件。
寬壓電源次級輸出電路設(shè)計：
整流二極管和濾波電容構(gòu)成輸出整流濾波電路，整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應(yīng)加上功率較大的散熱器，電容器一般應(yīng)選擇低ESR等效串聯(lián)阻抗的電容。濾除高頻開關(guān)過程所產(chǎn)生的電壓噪聲和電壓尖峰，在整流濾波環(huán)節(jié)的后面通常應(yīng)再加一級LC濾波環(huán)節(jié)，用于提高輸出電壓的濾波效果。
寬壓電源保護電路設(shè)計：
在電源的輸入端還設(shè)計了附加的過電壓保護措施，是為了保護電源在瞬間高壓下能正常工作。為有效的抑制開機瞬間的電壓浪涌沖擊，在輸入端并接了較大功率的壓敏電阻，并且在后級加上共模電感和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。為防止在開關(guān)周期內(nèi)，TOP242N關(guān)斷時漏感產(chǎn)生的尖峰電壓使TOP242N損壞，電路中設(shè)計了由鉗位齊納管VD5、阻斷二極管VD6組成的保護網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)在啟動或過載時，VD5即會限制漏極電壓。而在正常工作時，VD5上的損耗很小。
寬壓電源設(shè)計總結(jié)：
對該采用TOP242N設(shè)計的寬壓輸入三路輸出電源性能進行測試，測試結(jié)果表明，各項性能指標(biāo)經(jīng)測試均較滿意。該電源在輸入60~500VAC時，且在60°高溫條件下，電源都能可靠穩(wěn)定工作，電源的效率約為85%以上，紋波電壓、輸出電壓穩(wěn)定精度都在規(guī)定的范圍內(nèi)。在EMC測試中，浪涌±4000V，快速脈沖群±4000V也能正常工作。
寬壓電源模塊無論在低壓或高壓輸入時，都可輸出穩(wěn)定的電壓，有效地提高了開關(guān)電源在工業(yè)現(xiàn)場各種環(huán)境下工作的可靠性和便利性，實用性能強。
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