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電源輸入電壓都有一定范圍,如我國(guó)電網(wǎng)電壓為220VAC,其輸入范圍的要求為165-264VAC,為了兼容歐標(biāo)的110VAC,通常電源輸入電壓范圍為85-264VAC。在DC-DC直流開關(guān)電源應(yīng)用中,通常也有多個(gè)輸入母線的類別,如通信行業(yè)一般為48VDC輸入,其范圍為36-75VDC。工業(yè)控制行業(yè)一般為24VDC和12VDC,24V輸入的范圍為18-36VDC,12VDC輸入的范圍為9-18VDC,鐵路行業(yè)的母線為110VDC,輸入電壓范圍為66-160VDC。
有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)介于它們之間的電壓,但是由于成本原因,電源廠家通常不愿意為每種輸入電壓開發(fā)不同的電源。所以要求電源輸入范圍寬,下面說說如何設(shè)計(jì)一種具有寬輸入電壓范圍的電源。
該要求為19至265VAC和19至375VDC的小功率反激式轉(zhuǎn)換器(在500mW的范圍內(nèi)),小功率反激式參考設(shè)計(jì)需要具備兩路輸出。一個(gè)輸出軌提供微控制器與模擬電路(電流為15mA時(shí)電壓為5.0V),另一個(gè)輸出軌則在電流為40mA時(shí)提供12V的電壓以控制繼電器。因?yàn)檩斎牒蛢陕份敵鲂枰?/span>2.5kV的隔離電壓,所以首先想到了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廣為人知的反激式轉(zhuǎn)換器。
上圖為轉(zhuǎn)換器原理圖,有輸入濾波器、整流器、啟動(dòng)電路以及次級(jí)側(cè)上的控制器線性穩(wěn)壓器等。
寬輸入電壓范圍不僅對(duì)控制器來說是個(gè)挑戰(zhàn),對(duì)該變壓器的設(shè)計(jì)而言也是一大難題。對(duì)于小功率應(yīng)用,反激式轉(zhuǎn)換器經(jīng)過設(shè)計(jì)要能在非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCCM)下工作,以便實(shí)現(xiàn)小的解決方案尺寸,因?yàn)轳詈想姼衅鞯碾姼幸脖容^小。這種運(yùn)行模式下的峰值電流比連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下的峰值電流大,但它們?nèi)匀幌鄬?duì)較小,原因是功率很小。對(duì)于較大功率的應(yīng)用,反激式轉(zhuǎn)換器則通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是適合該反激式設(shè)計(jì)的模式,輸出功率大約為500mW。
為避免在輸入電壓的上限范圍內(nèi)出現(xiàn)大的開關(guān)損耗,開關(guān)頻率應(yīng)相對(duì)較低。在該設(shè)計(jì)中,它被設(shè)置為130kHz,以便讓基波低于電磁干擾(EMI)測(cè)量的下限150kHz。如果假定該轉(zhuǎn)換器只在DCCM模式下工作,那么占空比在這樣一個(gè)范圍內(nèi)從70%直到4%(匝數(shù)比為3.58:1,750μH的初級(jí)電感)。為了減少組件應(yīng)力,您應(yīng)該通過讓匝數(shù)比保持不變并將初級(jí)電感變?yōu)?/span>4mH來增加最小占空比。現(xiàn)在,對(duì)于低輸入電壓,該轉(zhuǎn)換器在CCM模式下運(yùn)行。對(duì)于高輸入電壓,該轉(zhuǎn)換器則在DCCM模式下運(yùn)行。