新型单片开关电源的设计.pdf
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1、新型单片开关电源的设计新型单片开关电源的设计 西北工业大学金雍羊彦毕强(西安710072)西北工业大学金雍羊彦毕强(西安710072) 摘要:本文介绍反激式变换器的基本设计规则,同时以西门子TDA1683x系列电流型单片开关 电源为例,介绍一种新型单片开关电源的原理、设计和实验结果。 关键词:反激式变换器单片开关电源 A Design of the New Pattern Single chip Switching Power Supply Abstract:This paper introduces the basic rule of the Backward Converter,prese
2、nts the principle, design method and experimentation result of a new pattern Single chip Switching power Supply by a system made of TDA1683x,a series of electric current Single chip Switching power Supply produced by SIEMENS company. Keywords:Backward converter Single chip switching power supply 1引言
3、 由BuckBoost推演而得反激变换原理如图1所示,由于电路简单,且能高效提供直流输出,对多路输出特别有效,因此广泛用于电力电子装置的内部电源。 图1反激式变换器原理 在反激式变换器中,一般有两种工作模式:完全能量转换型(电感电流不连续)和不完全能量转换型(电感电流连续)。这两种工作方式的小信号传递函数是极不相同的,动态分 析时要作不同处理。当变换器输入电压在一个较大范围内发生变化,或负载在较大范围内变化时,必然跨越两种工作方式。因此反激式变换器常要求能在完全和不完全能量转换方 式下稳定工作。本文介绍的TDA1683x是一种电流型IC,因此当使用于反激式变换器中时,可以使能量完全转换型的许多
4、设计问题简化。在不完全能量转换型中,由于传递函数“右 半平面零点”,在高频段引入180相位改变,则电流方式控制不能消除固有不稳定问题,这就要求控制环增益偏离低频段,并要求能降低瞬态响应速度,这些都要通过调整PID常 数来实现。同时,能量不完全转换型的传递函数带有低输出阻抗的两个极点系统,输出负载加大时,脉宽仅需轻微增加即可,可以使输出的负载能力增加。在设计过程中,恰当掌 握磁性参数,可使电源工作在较大动态范围内。 在采用不完全能量传递方式时,由于出现直流分量,需加气隙,以便增加其动态范围,增加其输出功率。同时在设计时选小的B,从而可以降低损耗,提高电源的稳定性。一般设 变压器传递功率可用下式表
5、示:式中:Ve表示磁体体积,Lp表示气隙长度,Ip1、Ip2为导通周期始、末的瞬时电流值。显然气隙的存在提高了传递的功率 (图2阴影部分)。 (a)当磁心气隙很小时,反激变换器中变压器的磁化曲线及传递能量 (b)当磁心气隙很大时,反激变换器中变压器的磁化曲线及传递能量 图2 值得注意的是,增加气隙对由于负载引起的磁饱和有明显的抑制作用,但对于因输入电压过高或开关频率过低引起的磁饱和是无用的。 总之,外加的伏秒值、匝数和磁心面积决定了B轴上的Bac、直流电流的平均值、匝数和磁路长度决定了H轴上Hac值的位置。为了防止磁饱和,必须有足够的线圈数和磁心面积来 平衡外加的伏秒值,必须有足够的气隙来平衡
6、直流分量。这在变压器设计中是非常重要的。 在实际设计中,是通过改变初级电感和调整气隙大小来选择能量传递方式的。经验证明,一个合适的气隙可以使电流瞬时值、效率、噪音都比较合适。气隙的确定,除计算外,还 需实际调整,使上面指标达到最佳。 2工作原理 西门子公司最新推出的TDA1683x系列电流型单片开关电源,具有体积小、外围电路简单、温度范围宽的特点,很适用于逆变电源、变频器等电力电子设备的工作电源。这种电流型 控制器件工作原理如图3所示。流经MOS管电流的大小和一个给定电压值进行比较,其输出确定了MOS管的导通时间;其中输出电压与给定电压相关。为了简化外部电路,MOS管的电 流检测电阻直接集成在
7、IC内部。同时,确定单片电源频率的振荡电阻和电容,也集成于IC内。为了尽量降低温度对芯片工作的影响,采取了专门的温度补偿措施,并尽量降低电阻 的误差。 下面,以TDA16833为例分析其内部结构的功能。 图3TDA168319系列电流型单片开关电源工作原理 (1)起动电路(UVLO):该部分接于外部Vcc端。当Vcc电压高于固定的开通门限电压时,UVLO工作,bias电路和软起动电路闭合。一旦Vcc电压低于关闭门限电压时,则电路关 闭。此时电路的电流消耗被限制到最小。 (2)电流源(bias):该电路给内部提供一个恒定的电流,用以限流和定时、软起动等。 想在职场和商战中如鱼得水吗? 想在职场和
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