【某超宽输入电压电源的实现分析案例3500字】

某超宽输入电压电源的实现分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24978某超宽输入电压电源的实现分析案例 1122221.1超宽输入电压电源实现规格指标 1184031.2Boost电路的基本原理 2194301.3反激式拓扑电路的基本原理 274821.4SCM1707A芯片简介 423251.4.1SCM1707A芯片功能描述 4323011.4.2SCM1707A芯片内部框图及其引脚功能 4113601.4.3芯片外围电路功能介绍 648711.5原理图实现过程介绍 81.1超宽输入电压电源实现规格指标表2-1实现规格指标设计指标指标规格要求输入电压范围18VAC~305VAC额定输出功率10W额定输出电压12V额定输出电流830mA整机效率84%（标称条件下：230VAC输入，830mA满载输出）输出电压精度小于±2%线性调节率小于±0.5%负载调节率小于±1%纹波噪声小于100mV（20MHz带宽（峰峰值），常温下）空载功耗小于0.5W（常温下，230VAC输入）开机/关机输出过冲小于10%（输出电压波形在上升/下降的全过程不允许有电压跌落到底/电压回升的现象）1.2Boost电路的基本原理Boost电路是一种常见的非隔离升压斩波电路，它通过开关管的导通与关断进而控制升压电感的能量的储存和释放，最终使输出电压比输入电压高图2-1Boost升压电路拓扑图工作原理：如图2-1，MOS管Q1导通时，输入端给电感L1充电，二极管D1反偏截止，输出端负载由输出大电容C2维持供电；当MOS管关断时，由于电感电流不能突变，因此电感L1储存的能量流向二极管D1和输出端，二极管D1导通，输出电容C2开始充电，而电容C2在充电之前已经有较多的电荷存在，因此电容两端电压升高，自然输出负载端电压抬升，而电容C2的容值比较大，能够钳位输出电压。1.3反激式拓扑电路的基本原理反激式变换器是由一种非隔离的升降压斩波变换器——buck-boost变换器演变而来，因变换器副边的能量需在原边电路关断时才能够获得而闻名。由于其电路结构简单，便于设计和拓展，且成本低廉，因此市面上很多中小功率的开关电源产品大多是反激式变换器。图2-2反激式电路拓扑图工作原理：见图2-2，MOS管导通时，输入电压Vin给初级电感LP充电，进而在LP上产生上正下负的电压，由于变压器原副边的同名端相反，故副边电感的感应电压方向为下正上负，因此输出二极管反偏截止并承受Vin(NP图2-3反激变换器原理图如图2-3是反激变换器的原理图，由于本设计对象是输出功率为10W的开关电源，比较适合采用反激式拓扑电路作为主拓扑电路。1.4SCM1707A芯片简介1.4.1SCM1707A芯片功能描述SCM1707A是一款AC-DC两级副边反馈PWM控制器，其适用于光耦反馈控制的离线式两级反激变换器。其功能中最大的三个特点：一是该芯片在控制上，包含反激级和Boost级两个独立的环路，其中Boost级通过内置误差放大器接受辅助绕组反馈回的输出电压信息后，调节Boost级功率管开关频率和峰值电流幅度，反激级通过光耦反馈实现PWM环路控制；二是轻负载是随着负载的减小而模拟降频，提高轻载效率，接近空载时反激级频率降到最小工作频率，降低待机功耗；三是保护功能高度集成，外围器件少，减小PCB的面积，同时保证了一致的可靠性。1.4.2SCM1707A芯片内部框图及其引脚功能图2-4SCM1707A引脚图图2-5SCM1707A内部框图芯片引脚功能描述：1号引脚GT2和6号引脚GT1分别接反激级和Boost级的MOS管驱动端口，根据芯片的PWM&PFM调制来输出对应的驱动信号；2号引脚GS2和5号引脚CS1分别采样反激级和Boost级的电压信号，进而将其与内置过流保护阈值进行比较并判断是否应该触发过流保护，两引脚端均外接采样电阻接地，并把采样电流信号转化为电压信号。3号引脚FB是电压反馈引脚，它通过光耦形成环路反馈，与电流采样引脚CS2一起产生PWM&PFM控制信号。在该芯片中，当处于PWM调制时，若FB引脚对地电压越高，芯片所输出的驱动占空比越大。4号引脚FA是时序反馈的输入引脚，该引脚被连接到一个辅助绕组和地之间的电压分压器上，该分压器的上层电阻可用于调节变换器的前馈补偿强度；同时引脚FA也是通过辅助绕组采样Boost级输出电压，结合内部EA来实现Boost级的控制环路；此外也承担着输入过压保护的采样作用。7号引脚VSS是芯片参考地，8号引脚VDD是芯片电源端口，芯片的偏置电源电压最小值为15V，最大值为24V，若不在该区间则会触发VDD欠压保护或VDD过压保护。1.4.3芯片外围电路功能介绍图2-6芯片外围电路图C14和C12是VDD电容，主要负责给IC供电；R23、C13和R22、C16两对组合均是起RC滤波的作用；R25和R27是该芯片外围电路的关键，因为它们能够控制母线电压的设定和输出过压保护点的设计：3.1）母线电压设定在芯片SCM1707A中，Boost级输出电压稳态值VOBT和母线过压点VOBT=VOBT_OVP这里IRS1IRS1、I在本设计作品中，取R25为10kΩ，实际绕制变压器的NP为90T,VOBT=(2.08×VOBTOVP因此在本设计作品中，当低压输入时，会使得FA引脚端所检测的电压过低，芯片因此会迅速控制Boost拓扑电路的MOS管GT1开始工作，同时反激级MOS管GT2也是在工作，Boost电路进入工作状态后会把较低的输入电压抬升至母线电压设定值VOBT即117V，而GT1也是会根据不同的低压来调整所输出的占空比；当母线电压大于V3.2）输出过压保护在测试单点故障或者是变换器调试过程中匝比选取不当时，输出电压及辅助绕组上的电压都可能会偏高，进而损坏变换器电路及其负载，甚至还会损坏IC。而SCM1707A中集成了输出过压保护，能够有效地避免上述现象发生。实现输出过压保护的方法是:通过采样FA引脚的拐点电压来产生一个电压信号VFAS，当VFAS≥VFA_OVP输出过压保护点设计,有如下公式：V可见,可通过设置副边和辅助绕组匝比和RS1在本设计作品中，RS1即为R25（10kΩ），RS2即为R27（1.4kΩ），由芯片手册可知引脚保护阈值电压VFA_OVP=4.3V，输出同步整流器V即输出过压保护点为16.46V。1.5原理图实现过程介绍图2-7超宽压电源电路总原理图超宽压电源电路原理简述：超宽压电源电路总原理图见图2-7所示，主要由EMI滤波电路、AC-DC主功率级电路、副边反馈电路三大电路模块组成。当交流电输入时，首先是经过EMI滤波电路，此电路能够滤除噪声和抑制差模、共模干扰等，减少对后端器件的不良影响。之后得到的较为干净的交流电会通过整流桥D5进行整流，进而得到一直流脉动电压，脉动电压一方面会通过SCM9601A超宽压变换器快速给SCM1707A芯片的VDD电容C12、C14充电至IC的工作电压，以迅速让IC开始工作并输出驱动脉冲，而上方另一边的脉动电压会经过输入大电容C10滤波后得到一个更加平滑的直流电压Vin_DC根据前面所阐述的反激拓扑电路的工作原理可知，反激级MOS管导通，变压器励磁并储存能量，此时副边由于整流二极管D1反偏截止而不工作；当反激级MOS管关断时，变压器里储存在磁芯的能量通过导通的整流二极管D1开始释放到输出端，C3和C4均为固态输出大电容，起到钳位输出电压Vout当IC工作时，是通过FA引脚检查的拐点电压来判断电源输入的电压是否高低，当低压输入时，IC会使MOS管Q1和Q3同时导通，需要Boost电路把脉冲电压抬升至母线电压设定值117V，而高压输入时，只需反激式拓扑电路工作，因此只有MOS管Q3工作。当输出电压上升至额定电压12V时，反馈环路开始工作，使输出电压能够随着负载的变化而保持稳定；