詳解恒壓/恒流輸出式單片開關電源的設計原理

恒壓/恒流輸出式單片開關電源可簡稱為恒壓/恒流源。其特點是具有兩個控制環路，一個是電壓控制環，另一個為電流控制環。當輸出電流較小時，電壓控制環起用途，具有穩壓特性，它相當于恒壓源;當輸出電流接近或達到額定值時，通過電流控制環使IO維持恒定，它又變成恒流源。這種電源特別適用于電池充電器和特種電機驅動器。下面解析一種低成本恒壓/恒流輸出式開關電源，其電流控制環是由晶體管構成的，電路簡單，成本低，易于制作。

恒壓/恒流輸出式開關電源的工作原理

7.5V、1A恒壓/恒流輸出式開關電源的電路如圖1所示。它采用一片TOp200Y型開關電源(IC1)，配pC817A型線性光耦合器(IC2)。85V～256V交流輸入電壓u經過EMI濾波器L2、C6)、整流橋(br)和輸入濾波電容(C1)，得到約莫為82V～375V的直流高壓UI，再通過初級繞組接TOp200Y的漏極。由VDZ1和VD1構成的漏極箝位保護電路，將高頻變壓器漏感形成的尖峰電壓限定在安全范圍之內。VDZ1采用BZY97C200型瞬態電壓抑制器，其箝位電壓UB=200V。VD1選用UF4005型超快恢復二極管。次級電壓經過VD2、C2整流濾波后，再通過L1、C3濾波，獲得+7.5V輸出。VD2采用3A/70V的肖特基二極管。反饋繞組的輸出電壓經過VD3、C4整流濾波后，得到反饋電壓UFB=26V，給光敏三極管供應偏壓。C5為旁路電容，兼作頻率補償電容并決定自動重啟頻率。R2為反饋繞組的假負載，空載時能限制反饋電壓UFB不致升高。

該電源有兩個控制環路。電壓控制環是由1N5234B型62V穩壓管(VDZ2)和光耦合器pC817A(IC2)構成的。其用途是當輸出電流較小時令開關電源工作在恒壓輸出模式，此時VDZ2上有電流通過，輸出電壓由VDZ2的穩壓值(UZ2)和光耦中LED的正向壓降(UF)所確定。電流控制環則由晶體管VT1和VT2、電流測試電阻R3、光耦IC2、電阻R4～R7、電容C8構成。其中，R3專用于測試輸出電流值。VT1采用2N4401型NpN硅管，國產代用型號為3DK4C;VT2則選2N4403型pNp硅管，可用國產3DK9C代換。R6、R5分別用于設定VT1、VT2的集電極電流值IC1、IC2。R5還決定電流控制環的直流增益。C8為頻率補償電容，戒備環路出現自激振蕩。在剛通電或自動重新啟動時，瞬態峰值電壓可使VT1導通，利用R7對其發射結電流進行限制;R4的用途是將VT1的導通電流經VT2旁路掉，使之不通過R1。電流控制環的啟動過程如下：隨著IO的增大，當IO接近于1A時，UR3↑→VT1導通→UR6↑→VT2導通，由VT2的集電極給光耦供應電流，迫使UO↓。由UO降低，VDZ2不能被反向擊穿，其上也不再有電流通過，因此電壓控制環開路，開關電源就自動轉入恒流模式。C7為安全電容，能濾除由初、次級耦合電容出現的共模干擾。

該電源既可工作在7.5V穩壓輸出狀態，又能在1A的受控電流下工作。當環境溫度范圍是0℃～50℃時，恒流輸出的準確度約為±8%。

該電源的輸出電壓-輸出電流(U0-I0)特性如圖2所示。由圖可見，它具有以下顯著特點：

(1)當u=85VAC或265VAC時，特性曲線變化很小，這聲明輸出特性基本不受交流輸入電壓變化的影響;

(2)當IO26V。常用線性光耦的U(br)CEO=30V～90V。計算光敏三極管反向工作電壓UIC2的公式為

UIC2=UFB-UCmin(8)

式中，UCmin為控制端電壓的最小值(5.5V)。不難算出，UIC2=20.5V。這里采用pC817A型光耦合器，其U(br)CEO=35V>20.5V，完全能滿足要求。但在設計高壓電池充電器時，非得選擇耐高壓的光耦合器。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除