【PCB版本已经回来,将输入下限做到20VDC,详细资料慢慢上传,14楼更新】
自从“原创”启动,各路隐居已久的高人陆续现身了,作为初学者,实在拿不出像样的,最近段时间,在做一个号称超宽输入范围的电源,算是略有体会吧,这里拿出来和大家分享一下,希望对大家有用。
超宽输入范围有多宽,目前帮人做到的,输入电压低至28V,高至265V或者DC375V,当然,从测试结果看,范围应该是可以更宽的;输出为5V/1A,输出纹波暂定为小于100mVpp吧。
先把实验的几个图发上来。
首先发一个PI公司TNY系列设计超宽范围输入电源的资料。
TNY系列做超宽输入范围,从控制方法上来说是不错的,TNY系列采用了简单的ON/OFF模式,变频控制,对于超宽输入范围,不会像定频PWM一样进入混乱的脉冲丢失现象。
但问题同样很严重,首先是内置功率管严格限制了输出功率,阻碍了效率的提高。低压输入下,初级侧峰值电流和有效值电流都较大,内置功率管动辄几欧到十几欧的Rdson,开关管导通损耗相当严重,同时,管压降也使得实际加在初级电感上的电压大大降低,原本就低的输入电压变得捉襟见肘。例如在85--265V下能够输出十多W的TNY280,用在30VDC下,输出功率不足5W!
另一个问题就是纹波和音频噪声问题,这两个问题源于变频控制。非固定的开关频率导致纹波是畸形的,这点论坛的zhenxiang也提到过,同时,轻载下的突发模式对变压器的工艺提出较高的要求,防止音频噪声也需要下一点功夫。
上个图,这个电路实际搭了下,最终放弃了,不过启动电路可以参考一下。
前面有网友说飞线乱搭的太丑了,这里先把PCB打样出来的实物图放上来,希望对得起观众。
图非常清晰了,连IC和阻值都看得出来,大家都能看见,IC就是万能的UC3843,所以如果要我放一张原理图上来,大可不必了,这里告诉大家,开关频率设定在40KHz,单独用了一个1N60的MOS管做成电流源启动,启动后关闭。至于其余部分的电路,和常规3843的配置没有区别。
首先看一下DC20V下的测试波形。
第一个是MOS管漏极电压,满载和最低输入下,依然保持在DCM,第二个图是输出纹波,直接用地线夹测的,50mVpp以内,频率是开关频率的纹波,估计电容用好点的,还能进一步降低吧。
20VDC下,对开关管是个考验,这个5W的电源,可能要用到10A的MOSFET,得以保持较低的导通损耗,好在,3843的驱动能力还可以。输入整流桥的压力也很大,相应的电流,后续会连同变压器的设计一起给出计算方法。
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接下来上一下265VAC下的测试波形。
首先看一下满载下的栅极电压。
Ton不足1uS了,但是占空比依然是稳定的。
再看输出纹波。
依然保持在50mVpp内,定频PWM的控制方式,纹波总是比较规则好看的。
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再看下265V,半载的情况。
Ton不足500nS了,但是依然没有发生脉冲丢失。
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让情况更极端一些,100mA负载,即1/10负载。
MOS管还没完全开启就关断了!驱动依然没有发生脉冲丢失!
这里把启动电路拿出来谈一下。基本的思路是,使用一个高压MOS构成恒流源结构,启动完成后,将电流源关闭。电流源的结构对于宽范围输入时很有必要的,这可以使得电路启动时间在高低压下基本一致,而启动后关闭则大大降低了高压下的损耗。
这个启动电路参考了ST的一个技术文档,D6的击穿电压Vz,Q2的阈值电压Vth以及R22决定了启动恒流电流的大小,这个启动电流可以表示为:
Istart=(Vz-Vth)/R22
对于3843,启动电压9V,如果VCC端电容容量100uF,设定启动时间1s的话,则启动电流可以表示为:
Istart=(9*100)/1=900uA
根据上述式子可以选取Vz和R22。
启动完成后,3843的Vref端输出5V电压,Q3被拉低,启动电流源关闭。在没有Vref端的IC应用中,可以通过辅助绕组实现电流源关断。