基于LD7552B的綠色開關(guān)電源設(shè)計(jì)與分析

作者：時(shí)間：2011-07-25 來源：網(wǎng)絡(luò)

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因電源功率較大，故開機(jī)浪涌電流也較大，保險(xiǎn)管F1選用2 A／250 V規(guī)格；采用一節(jié)互感濾波器來濾除電網(wǎng)中的干擾，L1選用電感量為4 mH的互感濾波器即可；橋堆選用整流電流為2 A，耐壓為500 V以上即可(如2KBP06～2KBP10系列)；C2選用100～150 μF，耐壓為400 V以上的電解電容。為了改善高頻濾波效果，C2上可并聯(lián)一個(gè)高壓陶瓷電容C3。串入負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NR1的目的是為了減小開機(jī)浪涌電流，NR1的常溫阻值可選在6～9 Ω／4 A。
2．2 LD7552B的3腳和7腳外部電路
3腳和7腳外接啟動(dòng)電路和供電電路，其任務(wù)是開機(jī)瞬間為芯片提供啟動(dòng)電壓，正常工作期間為芯片提供供電電壓。電路啟動(dòng)時(shí)，LD755 2B的3腳索取的電流小于20μA，屬微電流啟動(dòng)方式，故啟動(dòng)電阻R1，R2，R3的總阻值可選擇在1 000 kΩ左右。電路工作后，7腳索取的電流達(dá)2 mA，此時(shí)R1，R2，R3無(wú)法提供如此大的電流，故由開關(guān)變壓器的繞組、R8，D1等元件構(gòu)成的供電電路來給7腳供電，以滿足內(nèi)部電路的要求。C6的容量一般在10～47μF，D1一定要選用耐壓在200 V以上，整流電流在0．8 A以上的快恢復(fù)二極管(如FR103～FR106等)，R8的阻值一般在10 Ω以下。R1，R2，R3，C6的取值不能太大，否則會(huì)導(dǎo)致電路啟動(dòng)困難，甚至不能啟動(dòng)。7腳的正常工作電壓應(yīng)設(shè)計(jì)在12～16V。
2．3 LD7552B的4腳外部電阻
LD7552B的正常振蕩頻率由4腳外部電阻進(jìn)行設(shè)定，可由下式計(jì)算。
f=(65／R4)×100
式中：f表示LD7552B的正常振蕩頻率，單位為kHz；R4表示4腳外部電阻的阻值，單位為kΩ。例如，當(dāng)4腳外部電阻為100 kΩ時(shí)，振蕩頻率為65 kHz。選擇4腳外部電阻的阻值時(shí)，一定要確保f在50～130 kHz之間，也就是說R4的取值范圍在50～130 kΩ之間。
2．4 LD7552B的6腳外部電路
6腳用來檢測(cè)開關(guān)管的電流，以實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。6腳外部需接一個(gè)RC濾波器(由R5和C8構(gòu)成)，一則可以防止脈沖前沿?fù)p壞6腳內(nèi)部電路，二則可以避免電路誤保護(hù)。RC濾波器的時(shí)間常數(shù)不宜太大，只要確保脈沖前沿有350 ns的延時(shí)即可。開關(guān)管源極電阻R7對(duì)電路的輸出功率及過流保護(hù)靈敏度有很大影響，R7越大，過流保護(hù)點(diǎn)就越低，電路的輸出功率也就越小；若R7越小，過流保護(hù)點(diǎn)就越高，電路的輸出功率也就越大。因此，選擇R7的阻值時(shí)，一定要兼顧上述2個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)開關(guān)管源極電阻選為0．47Ω／2 W時(shí)，電路的帶負(fù)載能力大于40W，過流保護(hù)點(diǎn)約為2A。為了使設(shè)計(jì)略留有余地，R7可選為0．43Ω／2W。
2．5 穩(wěn)壓電路
精密型三端比較器IC3、光電耦合器IC2及3只取樣電阻(R14，R16及R15)均為穩(wěn)壓電路中的關(guān)鍵元件。精密型三端比較器可選用KIA431A或TL431A，光電耦合器可選用PC123或PC817。輸出電壓的大小與三只取樣電阻(R14，R16及R15)的阻值息息相關(guān)，當(dāng)輸出電壓為+5 V和+14 V時(shí)，根據(jù)基爾霍夫定律，很容易推導(dǎo)出R14，R16和R15之間有下式的關(guān)系。

式中：R15，R14和R16分別代表電阻R15，R14和R16的阻值。如果R14和R16分別取3．6 kΩ和33 kΩ時(shí)，可以算出R15的阻值為2．4 kΩ。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)R15為2．43 kΩ時(shí)，+5 V和+14 V輸出電壓最準(zhǔn)確。值得注意的是，R14，R15和R16一定要選用精密電阻，誤差在1％以內(nèi)，否則會(huì)影響穩(wěn)壓精度，加大輸出電壓的誤差。
2．6 開關(guān)管及反峰吸收電路
開關(guān)管VT1應(yīng)選用UDSS≥600 V，IDM≥6 A，PDM≥50 W，RDS1．5 Ω的場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，如2SK2630，2SK2645，2SK2649，2SK2677，2SK2761等。
在開關(guān)管截止瞬間，開關(guān)變壓器初級(jí)繞組會(huì)產(chǎn)生反峰電壓，為了防止反峰電壓擊穿開關(guān)管，必須在開關(guān)變壓器初級(jí)繞組上并聯(lián)反峰吸收電路，即R9，C5和D3。D3一定要選用高壓快恢復(fù)管，如RF107，RGF10M等，C5的耐壓必須在1．5 kV以上，容量為1～2 nF；R9的功率須在2 W以上，阻值為100 kΩ左右。
2．7 直流輸出電路
本電源輸出+5 V，+14 V兩路直流電壓，都能向負(fù)載提供2 A以上的電流。+14 V整流一般選用耐壓在100 V以上，平均整流電流在6 A以上的雙二極管進(jìn)行整流，如FCH10U10，F(xiàn)CH10A15，SP10100等，濾波電容的總?cè)萘繎?yīng)在1 000μF以上，最好采用LC濾波。+5 V整流一般選用耐壓在50 V以上，平均整流電流在3 A以上的快恢復(fù)二極管進(jìn)行整流，如31DQ06系列、31DQ09系列等，濾波電容的總?cè)萘繎?yīng)在2 000 μF以上，最好也采用LC濾波。

3 電路工作原理
3．1 啟動(dòng)過程
220 V交流市電經(jīng)BD1整流、C2濾波獲得300 V左右的直流電壓。該電壓經(jīng)啟動(dòng)電阻R1，R2，R3送至IC1的3腳，經(jīng)內(nèi)部電路對(duì)7腳外部電容(C6和C4)充電，使7腳電壓上升。當(dāng)7腳電壓達(dá)到16 V時(shí)，內(nèi)部電路啟動(dòng)，并從8腳輸出開關(guān)脈沖，開關(guān)管VT1進(jìn)入開關(guān)工作狀態(tài)。電路工作后，開關(guān)變壓器1～3繞組上的脈沖電壓經(jīng)R8限流、D1整流，C6、C4濾波后，獲得12V左右的直流電壓提供給7腳，作為IC1的供電電壓。LD755-2B具有綠色工作模式，在輕載運(yùn)行(如待機(jī))時(shí)，內(nèi)部綠色模式控制器工作，振蕩頻率變?yōu)?0 kHz左右，此時(shí)電源工作于綠色模式下，其功耗僅0．4 W左右。當(dāng)負(fù)載提高時(shí)，芯片轉(zhuǎn)為正常工作模式，此時(shí)振蕩頻率不受綠色模式控制器的控制，頻率提高至65 kHz。模式的轉(zhuǎn)換是由內(nèi)部電路檢測(cè)2腳電壓來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)2腳電壓低于2．35 V時(shí)，電路就工作于綠色模式。
3．2 各路電壓輸出過程
開關(guān)變壓器有兩個(gè)帶中心抽頭的繞組，這兩個(gè)繞組采用并聯(lián)連接。它們的上端接地，下端并聯(lián)后作為+14 V繞組的輸出端，中心抽頭并聯(lián)后作為+5 V繞組的輸出端。電路工作后，+14 V繞組輸出的脈沖電壓經(jīng)D4(2個(gè)并聯(lián)二極管)整流，C13，L2，C14濾波后，產(chǎn)生+14 V的直流電壓。+5 V繞組輸出的脈沖電壓經(jīng)D5整流，C10，L3，C11濾波后，產(chǎn)生+5 V直流電壓。
3．3 穩(wěn)壓過程
該電源是通過調(diào)整開關(guān)脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制的，穩(wěn)壓主取樣點(diǎn)設(shè)在+5 V輸出端，由R14和R15對(duì)+5 V電壓進(jìn)行取樣；輔助取樣點(diǎn)設(shè)在+14 V輸出端，由R16和R15對(duì)+14 V電壓進(jìn)行取樣。當(dāng)某種原因(如電網(wǎng)電壓上升，負(fù)載變輕等)引起各路輸出電壓上升時(shí)，送至IC3控制腳的取樣電壓也上升，從而使IC3導(dǎo)通加強(qiáng)，IC2中的發(fā)光二極管和光屯三極管導(dǎo)通也增強(qiáng)，IC1的2腳電壓下降，經(jīng)內(nèi)部電路調(diào)節(jié)后，其8腳輸出的脈沖寬度變窄(占空比減小)，開關(guān)管VT1飽和時(shí)間縮短，各路輸出電壓下降。當(dāng)某種原因引起各路輸出電壓下降時(shí)，則穩(wěn)壓過程與上述相反。
3．4 保護(hù)過程
(1)過流保護(hù)。當(dāng)某種原因(如負(fù)載過重等)引起開關(guān)管VT1的電流增大時(shí)，R7上的電壓必升高，該電壓經(jīng)R5送至IC1的6腳，只要6腳電壓達(dá)到0．85 V，并持續(xù)350 ns時(shí)，內(nèi)部過流保護(hù)電路動(dòng)作，使8腳提前輸出低電平，VT1提前截止，從而有效抑制電流的進(jìn)一步上升，使VT1不至于過流而損壞。
(2)過載保護(hù)。當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)，+14 V和+5 V電壓接近0 V，此時(shí)IC3和IC2截止，IC1的2腳電壓會(huì)上升，只要2腳電壓上升至5 V，且持續(xù)60 ms，內(nèi)部電路就會(huì)執(zhí)行過載保護(hù)，8腳停止脈沖輸出。
(3)欠壓保護(hù)。欠壓保護(hù)是由IC1的7腳內(nèi)部電路來完成的。開機(jī)后，C6被充電，若C6上的電壓不能達(dá)到16 V，IC1就不會(huì)工作，處于欠壓保護(hù)狀態(tài)。若C6上的電壓能達(dá)到16 V，IC1就工作，一旦電路工作后，7腳電壓只需維持在10～16 V之間即可，如果某種原因使得C6兩端電壓下降至10 V以下時(shí)，IC1立即停振，8腳停止脈沖輸出，進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)。
(4)過壓保護(hù)。當(dāng)穩(wěn)壓環(huán)路開路時(shí)，各路輸出電壓會(huì)大幅上升，C6的電壓也會(huì)上升，只要該電壓達(dá)到28 V，IC1內(nèi)部電路立即執(zhí)行過壓保護(hù)，8腳停止脈沖輸出。
值得注意的是，當(dāng)LD7552B進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)后，其狀態(tài)不能自動(dòng)鎖存，當(dāng)保護(hù)條件不具備時(shí)，電路就會(huì)自行解除保護(hù)狀態(tài)，重新工作。工作后，若保護(hù)條件又具備，則再一次進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，如此循環(huán)。也就是說，當(dāng)電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)時(shí)(過流保護(hù)除外)，電路會(huì)間歇工作(即所謂的“打嗝”)。此時(shí)，輸出電壓及LD7552B相關(guān)引腳電壓會(huì)波動(dòng)。

4 關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)
該電源有一個(gè)目擊檢測(cè)點(diǎn)和兩個(gè)關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)。當(dāng)電源出故障時(shí)，通過檢測(cè)這些點(diǎn)就能很快找到故障所在。保險(xiǎn)管F1是目擊檢測(cè)點(diǎn)，通過觀察或測(cè)量F1是否燒斷，可以判斷故障的性質(zhì)。當(dāng)F1燒斷時(shí)，說明電源中有短路故障存在，短路部位一般發(fā)生在整流橋堆(BD1)、濾波電容C2，C3或開關(guān)管VT1上。C2上的電壓是第一關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)，通過檢測(cè)此點(diǎn)電壓可以判斷故障部位。例如，當(dāng)電源不工作時(shí)，若測(cè)得C2上的電壓為0 V，說明故障在交流輸入電路或整流電路上；若C2上有300 V電壓，說明故障部位在C2之后的電路中。LD7552B的7腳是第二關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)電源不工作時(shí)，通過測(cè)量該點(diǎn)電壓可以縮小故障部位。例如，通電后，7腳電壓達(dá)不到16 V，說明電路不工作是因啟動(dòng)電壓過低而引起的；若7腳電壓大幅度擺動(dòng)，說明電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)
LD7552B是一種非常完美的新型綠色電源芯片，具有很強(qiáng)的調(diào)壓功能和完善的保護(hù)功能，所以穩(wěn)定性和可靠性都很高，且能根據(jù)負(fù)載的大小自動(dòng)改變工作模式。實(shí)踐表明，基于LD7552B的開關(guān)電源能在90～240 V交流環(huán)境中穩(wěn)定工作，在輸出40 W功率的情況下，電源自身?yè)p耗僅3 W左右，效率達(dá)90％以上；在綠色模式下，電源自身?yè)p耗僅0．4 W左右。LD7552B是設(shè)計(jì)中大功率開關(guān)電源的首選芯片，它必將受到廣大電子工作者的青睞，具有廣闊的應(yīng)用前景。