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超宽输入范围工业控制电源的设计

作者:时间:2009-09-03来源:网络收藏
TinySwitch-Ⅲ系列产品能够正常启动和工作的最低漏极电压为50V。通常情况下,当交流电压u>85V时,芯片可提供自供偏压。但是当18V<u<75V时,芯片就无法提供足够的偏压以维持正常工作,这就大大限制了TinySwitch-Ⅲ系列产品在低压情况下的应用。为解决上述难题,使TinySwitch-Ⅲ在超低交流电压下也能正常工作,需要从TNY280P外部增加一个悬浮式高压电流源,以便在低压时给旁路端BP/M继续供电。悬浮式电流源的电路如图3所示。它包括7.5V稳压管VDZ1(1N5236B)、PNP型晶体管VT1(ZTX558)、NPN型晶体管VT2(ZTX458)、二极管VD2和VD4、电阻R4~R6。其中,VD2为半波整流管;VD4为隔离二极管,可将电流源与其他电路隔离开。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/181248.htm

图3 悬浮式电流源的电路


ZTX558和ZTX458均为英国Zetex半导体公司(Zetex Semiconductors)生产的高反压晶体管。其中,ZTX558属于PNP型高反压晶体管,主要参数为当基极开路时集电极-发射极的反向击穿电压U(BR)CEO=-400V,当发射极开路时集电极C基极的反向击穿电压(亦即集电结反向击穿电压)U(BR)CBO=-400V,最大集电极电流ICM=-200mA,共发射极电流放大系数hFE≤300,最大功耗PCM=1W。ZTX458则属于NPN型高反压晶体管,主要参数为U(BR)CEO=400V,U(BR)CBO=400V,最大集电极电流ICM=300mA,hFE≤300,PCM=1W。


18~265V的交流电压经过VD2半波整流后,得到呈脉动直流的偏置电压UB,加至悬浮式电流源的端。该电流源能在整个输入电压内向TNY280P的BP/M端大约提供600μA的恒定电流。首先假定该电路只用晶体管VT2,则可认为由稳压管VDZ1给VT2的基极提供一个参考电位UB2。由于VT2的发射结电压(UBE2)与R5上的压降(UR5)之和就等于稳压管的稳定电压值UZ,而当环境温度不变时UBE2近似为恒定电压,因此UR5也为一个固定电压,利用R5即可设定恒流值。然而,实际上交流输入电压的很宽,由稳压管提供的偏置电流的变化很大,这会导致所设定的恒流值发生偏移。要克服上述难题,需要由PNP型晶体管VT1和R4再提供一个恒定的偏置电流。令VT1的发射结电压为UBE1,通过R4所设定的恒定偏置电流IB1=UBE1/R4。显然,IB1不受输入电压变化的影响。


偏置电压(UB)与总偏置电流(IB)的关系曲线如图4所示。由图可见,VT2在较低输入电压下提供恒定偏置电流IB2,而VT1在较高输入电压下提供恒定偏置电流IB1。具体可分为以下3种情况:

图4 偏置电压与总偏置电流的关系曲线


1 当偏置电压UB≈50V(即整流滤波后的直流输入电压UI≈50V)时,由VT2给TNY280P提供恒定的偏置电流IB2,此时总偏置电流IB=IB2。


2 当偏置电压UB>50V时,流过VT2的电流将线性地减小,而流过VT1的电流线性地增大,此时由VT1、VT2共同给TNY280P提供恒定的偏置电流,总偏置电流IB=IB1+IB2,其中的IB2>IB1。


3 当偏置电压达到最大值(UB=375V)时,主要由VT1提供恒定的偏置电流,IB=IB1+IB2,但其中的IB1>IB2。


该电路所提供的总偏置电流IB≈600μA。
18~265V交流输入电压经过由VD1、C1和C2组成的半波整流滤波电路,获得直流输入电压UI,为反激式开关提供高压直流。C1、C2还与电感器L构成π形滤波器,用于降低串模电磁干扰。在高频变压器的一次绕组与二次绕组之间使用了Y电容C7,可滤除共模干扰。一次侧钳位电路由VD3(1N4007GP)、R1、R2和C3组成。整流管VD5采用BYV27-200型2A/200V的超快恢复二极管,其反向恢复时间trr<25ns。输出电压由稳压管VDZ2、光耦合器PC817A中的LED压降之和来设定。VDZ2采用4.3V稳压管1N5229B,LED的正向压降近似为1V,所设定的空载输出电压为5.3V。


TNY280P采用开/关控制方式,它经过光耦合器来接收二次绕组的反馈电压,再通过使能或禁止内部MOSFET的开/关,使输出电压保持稳定。一旦从EN/UV端流出的电流超过关断阈值电流(115μA),将跳过开关周期;当EN/UV端流出的电流小于关断阈值电流时,开关周期将重新使能。

要点
1 高频变压器采用EF20型铁氧体磁心,一次绕组用Φ0.33mm漆包线绕32匝。二次绕组用Φ0.40mm漆包线绕8匝。一次绕组的电感量LP=278μH(允许有±12%的误差),最大漏感量LP0=12μH。一次绕组的最低谐振频率为1MHz。


2 由于该的输入电压范围非常宽,因此一次绕组的电感量LP必须足够小(实际选278μH),以便使TNY280P工作在连续模式的边缘处。但是当LP较小时会导致电流上升率di/dt增大,必要时可选用TinySwitch-Ⅲ系列产品中输出功率较大的芯片。


3 钳位电路中R1的阻值不宜过小,否则会使空载功耗增大。


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