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摘要：本文闡述了高效、無(wú)污染開關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，介紹了其單元電路的功能和特點(diǎn)。文中重點(diǎn)分析了TDA16888集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 電路拓?fù)?nbsp; TDA1688 工作原理 1.概述 開關(guān)電源以其效率高，功率密度高而在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，但傳統(tǒng)的開關(guān)電源存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)：功率因數(shù)低，一般為0.45～0.75，而且其無(wú)功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波幅度的95％，五次諧波幅度約為70％，七次諧波幅度約為45％，九次諧波幅度約為25％。高次諧波的危害很多文獻(xiàn)已有論述，不再贅述。針對(duì)高次諧波的危害，從1992年起國(guó)際上開始以立法的形式限制高次諧波，為了限制總的諧波含量（THD）以提高功率因數(shù)，制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，如IEC1000.3.2。近年來(lái)，如何提高功率因數(shù)成為了電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，提出了許多有源PFC電路。有兩種功率因數(shù)校正方案，其一是采用控制輸入電流使其接近正弦，這種方案中電路工作在連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM),通常要求雙閉環(huán)控制，由于對(duì)輸入電流、電壓及輸出電壓取樣，這種方案比較復(fù)雜，成本高，限制了該方法的使用。另一種方案是采用電壓跟隨（VoltageFollower）方式，電路通常工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)，開關(guān)由輸出電壓誤差信號(hào)控制，這種PFC方案僅需要一個(gè)電壓控制環(huán)，這種方案相對(duì)簡(jiǎn)單，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。 當(dāng)今，對(duì)額定功率200W以上的高頻實(shí)用型開關(guān)電源在進(jìn)行性能評(píng)估，普遍存在一些問題。要么EMI噪聲較大，要么輸入電流諧波超標(biāo)或者在一定的功率封裝密度下溫度特性不好，可靠性差等等。近年來(lái)國(guó)外某些知名半導(dǎo)體公司加大投入，進(jìn)行器件技術(shù)的改造并研發(fā)出一系列有針對(duì)性的性能優(yōu)越的新器件。例如前身為SIEMENS的INFINEON公司近年陸續(xù)地推出專用于解決高頻開關(guān)電源存在上述問題的器件。它們包括耐高壓600V，低導(dǎo)通電阻（RDSON）的COOLMOS管（高頻運(yùn)用時(shí)溫升極低，適用作BOOST開關(guān)），大電流低耐壓且小RDSON的OPTIMOS管（特適用于BUCK變換器），PFC-PWM雙合一ICTDA16888（可節(jié)省空間和元件），耐高壓（600V）SIC肖特基二極管（特適用于作BOOST二極管）等等。這些器件都有專門特性，如果在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中使用得當(dāng)，就會(huì)事半功倍地解決問題，而且成本也得到控制。  2.電路結(jié)構(gòu) 圖1示出整體電源的工作框圖。它是由PFC和PWM兩部分組成。第一部分是一個(gè)用于功率因數(shù)校正（PFC）的AC／DC變換器，第二部分是由兩個(gè)功率開關(guān)管組成的正激式脈沖寬度調(diào)制（PWM）的DC／DC變換器。PFC級(jí)是一個(gè)BOOST升壓變換器，它的作用是在其輸出端提供一個(gè)380VD.C.而同時(shí)在輸入端保持輸入電流為正弦波以獲得功率因數(shù)近似等于1。PFC級(jí)另一個(gè)特點(diǎn)是可以讓電源工作在寬電壓輸入范圍（90V～275V）而無(wú)須再加入使整流電路重新配置的電壓范圍開關(guān)。所用的功率器件是兩個(gè)并聯(lián)運(yùn)用的COOLMOS型SPB11N60C2以及一個(gè)SIC肖特基二極管SDB06S60（6A／600V）。 雙管正激式變換器通過(guò)耦合變壓器T1實(shí)施與電網(wǎng)的隔離。在變壓器初級(jí)，功率器件是兩個(gè)COOLMOSSPB11N60C2和兩個(gè)EMCON二極管SDD04E60（4A／600V）。次級(jí)有兩組輸出（5VD.C.和12VD.C.），但它們的整流原理有所不同。12V輸出使用的是傳統(tǒng)肖特基二極管整流電路，而5V輸出則使用低壓MOSFETSSPB80N03S2L-03作同步整流來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PFC和PWM兩部分的功能控制均由一單片集成電路TDA16888來(lái)完成。 2.1AC輸入／EMI濾波器 SMPS的輸入電壓是90V～275V（50Hz／60Hz），保險(xiǎn)絲用以在電路發(fā)生故障時(shí)，防止電源進(jìn)一步損壞。輸入EMI濾波器用以抑制由兩功率開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)所產(chǎn)生的高頻噪聲。壓敏電阻用以抗御來(lái)源于電網(wǎng)的高壓浪涌。輸入電源整流器采用常規(guī)的硅二極管。 這是一個(gè)具有連續(xù)電感電流流過(guò)全負(fù)載的BOOST升壓變換器拓?fù)?。開關(guān)頻率為200KHZ。輸出電壓近似為380VD.C.。PFC的核心部分是BOOST電感器L2，為了減少寄生電容，L2是利用單根銅線在一個(gè)環(huán)形鐵粉芯上繞制一層而成。并聯(lián)管是用COOLMOS新工藝做的SPB11N60C2，它們具有高的開關(guān)速度和極低的通態(tài)電阻，這一優(yōu)點(diǎn)在90V低輸入時(shí)，因電路處在大電流和高占空比運(yùn)行，所以就顯得特別重要。雙管并聯(lián)的目的僅僅是為了擴(kuò)大散熱面積以便使PCB板上的熱分布比較均衡。BOOST二極管是一個(gè)600VSIC肖特基二極管，因它沒有電荷貯存而具有非常好的開關(guān)特性（沒有反向恢復(fù)而且沒有溫度對(duì)開關(guān)特性的干擾）。 2.3PWM變換器（雙管正激式） PWM變換器是一個(gè)雙管正激式變換器拓?fù)?。其運(yùn)行頻率也為200KHZ。 在5V通道中使用了由三個(gè)低壓30V／80A的OPTIMOSSPB80N03S2L-03做成的同步整流器。其控制信號(hào)由次級(jí)產(chǎn)生。兩個(gè)OPTIMOSQ19和Q19A是并聯(lián)的，它們共同提供“低態(tài)”PWM的續(xù)流電流通道。而OPTIMOSQ21則作為串聯(lián)整流之用。在變壓器初級(jí)復(fù)位瞬間，PWM脈沖輸出消失，同步整流器Q19／Q19A通過(guò)Q18的體二極管續(xù)流導(dǎo)通。當(dāng)初級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，Q18的柵極（早先處于負(fù)偏）受到次級(jí)繞組電壓經(jīng)電阻R97的驅(qū)動(dòng)，Q18導(dǎo)通使Q19／Q19A截止。而Q21則在R96，L3A和L3B的聯(lián)動(dòng)作用下變?yōu)閷?dǎo)通，開始新一輪的同步整流周期。 |
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