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TOP246Y变换电路的工作原理

【摘要】:TOP246Y变换电路如图6-13所示。TOP246Y具有各种保护,尤其是热保护,如果电源用于路灯,不会由于周围环境温度的影响改变它的恒流性能。TOP246Y的合适工作温度不超过LED环形灯具65℃时的供电温度。TOP246Y的内部电路由18个部分组成,它们的功能如下:1)控制电压源:为PWM提供宽范围控制。图6-13 TOP246Y变换电路图6-14 TOP246Y的内部结构框图11)过电流保护电路:保护IC,防止损坏开关管。通电后,当输入电压达到欠电压阈值时,欠电压阈值将促使TOP246Y关断。

TOP246Y变换电路如图6-13所示。电路的输入电压为交流90~135V,额定功率为48W,电源效率大于85%,空载的功耗为0.5W。TOP246Y具有各种保护,尤其是热保护,如果电源用于路灯,不会由于周围环境温度的影响改变它的恒流性能。TOP246Y的合适工作温度不超过LED环形灯具65℃时的供电温度。但是,为了降低传导损耗,适当加装散热器件是必要的。RP是电路检测电阻,用于检测供电电路的运行状况。当整流滤波后的直流输入脉动电压超过219V时,通过RP检测浪涌电压和电路火花放电电压的瞬时峰值,进行过电压保护。R1为极限电流设定的电阻,当电阻值为8.1kΩ时,可将极限电流值设定为典型值的90%,即Imax=90%Ilimit,从而限制过载功率,充分发挥了芯片的利用率。TOP246Y对各种异常输入电压都能关断调节脉冲输出,起到保护作用,这对于电网供电质量不好的地方来说很有必要。

由VS1、VD5构成一次尖峰电压吸收电路。TOP246Y具有频率补偿抖动特性,能有效地减小电磁干扰如噪声干扰,降低电磁滤波损耗,为此,只要在输入端加入简单的EMI滤波器C1L1C2,足以满足电路的需要,而且减少了所有元器件的数量,有利于缩小体积。电路刚通电时利用压敏电阻RV冷态电阻大、热态电阻小的特点,可对C3的冲击电流加以抑制,防止熔丝FU的损坏。压敏电阻RV的作用是吸收从电网窜入的浪涌电压,又一次进行过电压保护。二次电压经VD7C5C8L3进行整流滤波,输出直流22V的额定电压。VD7采用反向恢复时间仅10ns的肖特基二极管,C5C6C7C8两次电容并联,加大滤波容量,降低输出纹波电流。R7是IC2发光二极管取压电阻,根据不同的输出电压和IC2的电压工作点计算选取。输出电压的高低由电阻R9稳压二极管VS2的稳压值决定。R8用来设定整个反馈电路的直流增益。C10为软启动电容。C11用于滤除高频变压器一、二次侧耦合时所产生的共模干扰。偏置电容C4的容量选择1μF,以减小控制端电流纹波,空载时被R9和VS2限制在25V以内。R11R12为电流检测电阻,并联后电阻值为1.3Ω,利用R10R12和光耦合器PC817A中的发光二极管,可将平均电流极限值设定为700mA,当输出电流超过700mA时,R11R12上的压降增大,通过光耦合器使VT1的基极电压降低,促使集电极电流增大,再经过VD9使控制电流增大,这样占空比D减小,以保持输出电流恒定,偏置电阻R3的作用是在断电时为C9C10提供放电回路。

TOP246Y的内部结构框图如图6-14所示。

TOP246Y的内部电路由18个部分组成,它们的功能如下:

1)控制电压源:为PWM提供宽范围控制。

2)带隙基准源:为芯片内部各功能块提供基准电压。

3)高压电流源:控制电路放电,以响应供电电流。

4)频率抖动振荡器:降低电磁干扰。

5)并联调整器/误差放大器:控制外电路信号到标准电压值;控制电流通过电阻作为误差电压。

6)脉宽调制器(含PWM比较器和触发器):调节输出电压,使之稳定。

7)欠电压比较器:不给控制电路制造误关断。

8)电流极限调节器:为过电流保护做准备。

9)电路比较器:为过电压、欠电压、过电流保护做准备。

10)开启电压为1V的电压比较器:实现远程开/关控制。

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图6-13 TOP246Y变换电路

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图6-14 TOP246Y的内部结构框图

11)过电流保护电路:保护IC,防止损坏开关管。

12)软启动电路:防止对开关管和滤波电容造成冲击损坏。

13)具有滞后特性的过热保护电路:只保护IC。

14)关断/自动启动电路:保护IC,降低损耗。

15)电路检测端和极限电流设定端内部电路,实施过电流保护。

16)轻载自动降低开关频率电路:降低空载损耗。

17)门驱动级和输出级。

18)停止逻辑电路。

TOP246Y的控制端是一个低阻抗触点,损耗微小,从接收的电能和反馈电流中分离出反馈信号。在正常工作时,并联调节器从反馈信号控制电路中取得电源电压,为门极和源极之间的旁路电容提供了门驱动电流。总电容量为自动/重新启动设定了时间,还对控制电路进行了补偿。当电路工作不正常时,并联调节器将关闭驱动电流,同时也脱离了自动/重新启动的控制程序。在启动开始的瞬间,将整流后的直流高压供给漏极,MOS管关闭,控制端通过内部的漏极和门极高压源向电容充电。当电容电压达到5.8V时,软启动工作开始。这时MOS管开始导通,占空比渐渐加大,从零到最大,MOS管得以完全导通,软启动结束。在MOS管导通以后,如果没有外部电流输入到控制端,则高压电流源关断,控制电路放电,继续供给控制环路电流。

振荡器通过一个内部电容在4.8~5.8V电压范围内线性地充放电,产生锯齿波信号并将其送到脉宽调制器。为确保132kHz的开关频率,振荡器所设定的脉宽调制器在每个周期开始时将对电流限制锁定;为保证电磁辐射(EMI)频率在150kHz以下,也对锯齿波放电电流进行限制。要想开关工作频率为66kHz,可将开关频率选择端F和控制端C短接。TOP246Y的输出电压控制与其他IC一样,当输入电压升高时,占空比将从78%下降到一定的控制值,使输出电压不随输入电压的升高而升高,实现输出电压稳定控制。脉宽调制使占空比降低,输出电压减小。当占空比下降到10%以下时,为了保证轻载高效,开关频率将线性地减小,到占空比为零时,这时最低频率30kHz,稳定了输出电压,同时输出电压纹波也下降。

并联调整器的基准电压来自温度补偿后的带隙基准值、控制端控制的外部电路信号和标准电压。误差放大器的增益由控制端的动态电阻来确定。

通电后,当输入电压达到欠电压阈值时,欠电压阈值将促使TOP246Y关断。关断后,电路输出超过欠电压规定值。欠电压规定值能防止自动/重新启动这一动作所造成的欠电压输出低现象。从L或M端到直流高压的电阻设定了欠电压在通电时的阈值。可用同样的方法设定过电压的阈值,一旦超过过电压阈值,将强迫TOP246Y的输出关断。电流从L端、M端或X端流出,使开/关实现切换。当X、L和M端与源极S之间用晶体管和光耦合器连接后,实现激活打开功能;当L端或M端和门极C之间用光耦合器连接,实现激活关断功能。另外,L端接有1V的阈值比较器,实现远程开/关遥控的状态控制功能。

如果软启动持续10ms后,最大占空比开始从零线性地增加到控制设定值78%,并且限制电流大约从80%增加到100%。此外,软启动有利于最低输出的稳定和防止变压器磁心出现磁饱和。软启动在自动/重新启动期间,每次重新启动和远程开关或热保护关断后,控制电压滞后调节,重新启动也被激活。