5V/2A反激变换器电路原理
发布时间:2013/11/15 21:23:57 访问次数:1307
为了从220V的交流市电中得到隔离的直流稳压电源,ESP150-15S常用的方法有两种:一种是工频变压器加上整流、滤波、稳压等一系列电路,这也就是我们常说的线性电源;另一种就是开关电源。对于前者,尽管可以获得很小的纹波,但需要一个笨重的变压器,不论是成本还是体积都没有优势了,更为重要的是,线性稳压器的低效率往往让人难以接受。而开关电源的优、缺点正好和线性电源相反,体积小、重量轻、效率高,但是纹波相对较大。
对于简单的线性稳压电源,大多数爱好者DIY起来是没有多大难度的,而开关电源不太一样,因为使用的变压器是非标准的,制作的门槛大大提高。这里,笔者介绍一款5V/2A的反激式开关电源制作的全过程。
由于反激式开关电源的定量化的理论比较复杂,本文将不涉及具体的分析和计算,只详细介绍制作和测试过程,方便读者能够重复这个制作。
首先是保险丝,它为整个电路增加了一道屏障,当电路出现短路过流时,它将是电路安全的最后一道防线。C3和T2构成共模滤波电路,cl和T1的漏感构成差模滤波器。如果仅仅做实验,不考虑EMI问题的话,C3、C1和T2可以省略。接下来交流市电通过整流桥VD2和滤波电容C6后,得到较为平坦的直流,对于220V输入,这个直流电压约为310V,并且会随着负载变化有一定的变化。
下面看一下IC1的外围电路。图1中R2和R5用来在启动之初给C8充电,充到一定值时,lcl开始工作,IC1工作所需的能量就从变压器的辅助供电绕组经11:VD5整流后获得。clo用来设置lcl内部开关管的开关频率,按照图中的取值,开关工作频率约60kHz。Rl0相Rll用来设置最大工作电流的保护阈值,电路是通过检测初级开关管电流来判断次级是否过载或者短路的。次级过载时,流过初级开关管的电流变大,R10(或者R11)上的压降变大,这个压降达到一定值(0.6v)时,电路停止工作。所以,调节R10和R11的阻值可以得到合适的过流保护阈值。
由于变压器的初级和次级之间并非理想的全耦合,也就是说变压器存在漏感,那么在开关关断时,漏感中的能量无法耦合到次级,这将导致初级出现反电势尖峰,这个尖峰很容易导致开关管瞬间损坏。图1所示的R4、G5和VD3构成尖峰抑制电路,反电势尖峰通过VD3后被R4和c5吸收。
变压器次级的电路就比较好理解了,VD1和G4分别为输出二极管和输出电容,R1和C2用来保护二极管,C2的充放电为二极管提供恢复时间,在实验情况下,这一部分可以省略。为了减小纹波,增加了一级由Ll和C7构成的LC滤波器。当纹波要求不高时这一级电路也可以去掉。
最后到了电压采样和反馈部分,这部分包括一个光耦和一个由TL431构成的电压监测器。我们假设电网电压升高,那么此时输出电压随之增大,11-4 31的REF端(由R9和R12分压得到的一半输出电压)电压也会增大,此时流入TL431阴极的电
流将会增大.TL431上的压降减小,流过光耦内部发光二极管的电流增大,反馈到IC1后,IC1通过减小内部开关管的导通时间(占空比)来降低输出电压。其中,R8~OC9为TL431的补偿电路,实验时可以省略。同样,当负载等其他因素引起输出电压升高或降低时,反馈电路将通过上述过程来维持输出电压稳定。
为了从220V的交流市电中得到隔离的直流稳压电源,ESP150-15S常用的方法有两种:一种是工频变压器加上整流、滤波、稳压等一系列电路,这也就是我们常说的线性电源;另一种就是开关电源。对于前者,尽管可以获得很小的纹波,但需要一个笨重的变压器,不论是成本还是体积都没有优势了,更为重要的是,线性稳压器的低效率往往让人难以接受。而开关电源的优、缺点正好和线性电源相反,体积小、重量轻、效率高,但是纹波相对较大。
对于简单的线性稳压电源,大多数爱好者DIY起来是没有多大难度的,而开关电源不太一样,因为使用的变压器是非标准的,制作的门槛大大提高。这里,笔者介绍一款5V/2A的反激式开关电源制作的全过程。
由于反激式开关电源的定量化的理论比较复杂,本文将不涉及具体的分析和计算,只详细介绍制作和测试过程,方便读者能够重复这个制作。
首先是保险丝,它为整个电路增加了一道屏障,当电路出现短路过流时,它将是电路安全的最后一道防线。C3和T2构成共模滤波电路,cl和T1的漏感构成差模滤波器。如果仅仅做实验,不考虑EMI问题的话,C3、C1和T2可以省略。接下来交流市电通过整流桥VD2和滤波电容C6后,得到较为平坦的直流,对于220V输入,这个直流电压约为310V,并且会随着负载变化有一定的变化。
下面看一下IC1的外围电路。图1中R2和R5用来在启动之初给C8充电,充到一定值时,lcl开始工作,IC1工作所需的能量就从变压器的辅助供电绕组经11:VD5整流后获得。clo用来设置lcl内部开关管的开关频率,按照图中的取值,开关工作频率约60kHz。Rl0相Rll用来设置最大工作电流的保护阈值,电路是通过检测初级开关管电流来判断次级是否过载或者短路的。次级过载时,流过初级开关管的电流变大,R10(或者R11)上的压降变大,这个压降达到一定值(0.6v)时,电路停止工作。所以,调节R10和R11的阻值可以得到合适的过流保护阈值。
由于变压器的初级和次级之间并非理想的全耦合,也就是说变压器存在漏感,那么在开关关断时,漏感中的能量无法耦合到次级,这将导致初级出现反电势尖峰,这个尖峰很容易导致开关管瞬间损坏。图1所示的R4、G5和VD3构成尖峰抑制电路,反电势尖峰通过VD3后被R4和c5吸收。
变压器次级的电路就比较好理解了,VD1和G4分别为输出二极管和输出电容,R1和C2用来保护二极管,C2的充放电为二极管提供恢复时间,在实验情况下,这一部分可以省略。为了减小纹波,增加了一级由Ll和C7构成的LC滤波器。当纹波要求不高时这一级电路也可以去掉。
最后到了电压采样和反馈部分,这部分包括一个光耦和一个由TL431构成的电压监测器。我们假设电网电压升高,那么此时输出电压随之增大,11-4 31的REF端(由R9和R12分压得到的一半输出电压)电压也会增大,此时流入TL431阴极的电
流将会增大.TL431上的压降减小,流过光耦内部发光二极管的电流增大,反馈到IC1后,IC1通过减小内部开关管的导通时间(占空比)来降低输出电压。其中,R8~OC9为TL431的补偿电路,实验时可以省略。同样,当负载等其他因素引起输出电压升高或降低时,反馈电路将通过上述过程来维持输出电压稳定。
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