【例1-20】 9W/9V输出开关电源电路
图1-22所示的反激式电源可以在165~265V AC的输入电压范围内工作,它能够提供9V/1A的输出,非常适合在高环境温度下应用。电路具有极高能效,符合CEC2008对带载模式效率的要求(要求为68.8%,可达到82%),在265V AC输入时的空载输入功率小于150mW,并具有增强保护功能、迟滞过热关断保护功能、自动重启动功能,并提供输出短路保护功能,满足EN55022B对EMI限制的要求,EMI裕量大于8dBμV。
图1-22 9W/9V输出开关电源电路
在图1-22所示的电路中,AC输入电压经由VD1~VD4进行整流,C1和C2进行滤波,FU在发生严重故障时提供保护。电感L1、L3以及电容C1、C2和C9提供差模滤波,Y电容C4提供共模滤波。U3中的控制器通过光电耦合器U2接收来自次级的反馈,并根据该反馈使能或禁止MOSFET的开关,以维持输出电压的稳定。根据输出电压的大小,电流流经VR2、R6以及U2中的LED,等比例的电流从EN/UV引脚被拉出。如果从EN/UV引脚流出的电流超过115μA的关断阈值电流,将会跳过开关周期;当EN/UV引脚流出的电流低于关断阈值电流时,将会使能随后的开关周期。对关断阈值进行调制,以防止群脉冲的发生并确保电流脉冲均匀间隔,从而提高整体电路效率。通过调整使能脉冲与禁止脉冲的比率,可以维持输出稳压,这也可以使变换器和负载的效率得到优化。
为了提高效率,U3将在降低的限流点模式下进行工作。通过调节旁路电容C5的值,可以将器件的内部限流点设定为较低的值。在降低的限流点模式下,MOSFET的RDS(ON)损耗将降低,同时将提高整体电路效率。
VD5、R1、R2、VR1和C3构成钳位电路,采用VR1和R1串联结构可以降低空载和待机模式下的钳位损耗。电阻R2用于抑制过度振荡,因而可以提高EMI裕量。输出由二极管VD7进行整流,由低ESR电容C7进行滤波。后级滤波器(L2和C8)可以进一步降低输出上的开关纹波和噪声。偏置绕组还用于在稳态工作期间向U3的BP/M引脚提供电流。选择R7的值,可为U3的BP/M引脚提供电流,因而抑制了对BP/M引脚电容(C5)充电的内部高压电流源,这样就降低了轻载和空载条件下的输入功耗。在图1-22所示电路的设计中应注意以下设计要点:
(1)为提高效率,可选择比要求的输出功率更大的器件。
(2)电阻R2限制了U3导通时流经VD5的反向电流,因此可使用一个低成本、慢速恢复的整流二极管。选用慢速二极管还可以改善传导EMI的抗干扰性能,但应选用恢复时间约为2μs的玻璃钝化二极管,如果没有玻璃钝化二极管(1N4007GP),可以使用FR107。
(3)电阻R8和电容C10构成次级侧缓冲电路,有助于降低高频率(辐射)EMI。
(4)应将U3确定为电路板上最热的元件,这样U3的迟滞过热关断功能可以确保电路板的整体温度始终保持在可接受的范围内。