首页 理论教育PWM功率级电路工作原理与脉冲变压器设计优化

PWM功率级电路工作原理与脉冲变压器设计优化

【摘要】:功率推动由推动晶体管VT2、VT5、脉冲变压器TR3及振荡变压器TR2等元器件组成,由VT2、VT5组成正激式双晶体管电路,使晶体管所承受的电压应力降低一半,转换效率提高。变压器一次电感LMP:式中,fM为脉冲变压器振荡频率,设60kHz;Io为电源输出电流。VS4是钳位齐纳二极管,它的作用是低压保护。R5、R6、R7是高阻启动电阻,电路在启动期间,为IC1提供启动电压,并实施过电压保护。

功率推动由推动晶体管VT2、VT5、脉冲变压器TR3及振荡变压器TR2等元器件组成,由VT2、VT5组成正激式双晶体管电路,使晶体管所承受的电压应力降低一半,转换效率提高。磁心不饱和的概率上升,加上具有过电压、过电流、短路、过热等保护功能,安全、可靠,此电路被称之为“三高一小”绿色环保电源,可用于笔记本电脑

从理论上分析:开关电源如果处在低电压大电流传递时,变压器TR2的一次漏感将影响开关在工作周期开关管的导通,所以要求变压器的漏感尽量小,但是漏感并不是完全由变压器内部造成的,它还包括有外部电路,原理图中的VD11C26C27、VS6为电路抑制漏感而设计的。

TR3是脉冲变压器,由IC1的8脚输出PWM脉冲信号经过它耦合到MOSFET的栅极,为使PWM传导模式变换为连续传导模式(CCM),变压器采用0.12的匝数比和400V的输入电压,它的占空比DM由下式计算出来:

978-7-111-49915-2-Chapter04-134.jpg

式中,Vo为电源输出电压;Vo(VT3)是晶体管VT3的导通电压;n为TR3的匝数比。

978-7-111-49915-2-Chapter04-135.jpg

变压器一次电感LMP

978-7-111-49915-2-Chapter04-136.jpg

式中,fM为脉冲变压器振荡频率,设60kHz;Io为电源输出电流。

978-7-111-49915-2-Chapter04-137.jpg

振荡变压器主要参数设计如下:

为保证电路在输入电压400V的状态下,保持输出功率不受影响,设电路的最大占空比Dmax为0.546,变压器的耦合系数为0.8,其匝数n

978-7-111-49915-2-Chapter04-138.jpg

设变压器二次绕组为6匝,则

978-7-111-49915-2-Chapter04-139.jpg

变压器一次电感LP

978-7-111-49915-2-Chapter04-140.jpg

式中,变压器振荡频率fs=100kHz。

978-7-111-49915-2-Chapter04-141.jpg

图4-26中的R21是电流检测电阻,它关系到电路里的过电流、短路保护,它的大小至关重要,根据开关电源安全规程,过电流保护应该是输出电流额定值的130%,电路应启动保护,还规定脉宽调制的关断电平是1.60V,这样R21的计算公式为

978-7-111-49915-2-Chapter04-142.jpg

式中,KAG为一次磁化电流与二次脉动电流的比值,设KAG=1.25。

978-7-111-49915-2-Chapter04-143.jpg

电路如果处在低电压输入、大电流输出,瞬时变为空载,这时会给输出电压引起巨大的过冲,这时变压器TR1的一次绕组不能产生足够高的电压切断IC1的供电,实施保护,因为在这瞬间,脉宽调制的占空比趋于零,因而要抑制由于空载低电压输入时的电路驱动,振荡变压器TR1的二次电压由于变压器储能的作用,产生足够高的VCC电压,维护IC1的连续工作,实施空载保护。VS4是钳位齐纳二极管,它的作用是低压保护。R5R6R7是高阻启动电阻,电路在启动期间,为IC1提供启动电压,并实施过电压保护。IC5、IC3R41R42组成信号反馈取样电路,输出电压的高低由R41R42决定。电阻R39R40将决定IC5的工作电流,此电流的大小与反馈响应时间有关,IC5的工作电流越大,响应速度越快,但IC5的功耗加大,一般取5mA为宜。C23C24R44是误差放大器相位频率补偿。IC2的电源供电,由VD11整流C26C27滤波,电阻R35限流。IC2A、IC4为电路输出过电流、短路进行保护。从电阻R28R29分压,取出电压信号,送到IC2A,又从R31上经R37取得反相信号送入IC2A进行比较,其差值送到IC4进行工作调整,如果电路输出电流大于4.5A,则表示IC2A的3脚电压大于2脚,1脚输出高电平,IC4导通,经光耦合器反馈,使IC1的8脚输出驱动信号,促使VT5关闭,起到过电流、短路保护作用。