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绿色开关电源电路

发布时间:2024-02-01 17:49人气:

  所谓绿色电源就是环保电源,即低谐波含量、高功率因数、高效率、无污染(电磁辐射)的电源。从电工学原理知道,任何一个非正弦周期信号都是由不同频率的正弦波组成的,这些不同频率的正弦成分则被称为谐波含量。由桥式整流、电容滤波电路处理后的电源输入端电流不再呈正弦波形状,而是为辐射值很高的不连续的尖峰脉冲,它的基波成分很少,而高次谐波非常丰富,谐波总含量很大。如果开关电源的谐波含量很高,千家万户密集使用,所产生的谐波电流将对供电系统造成严重的污染,影响到整个电力系统的电气环境。过量的电流谐波会使发电机和电动机发热,功率损耗加大,使变压器烧毁,使计算机产生干扰造成误动作,对计量检测仪器引入大的误差,停止正常工作等。所以必须严格限制电流谐波含量。

  功率因数的高低是对发电设备产生影响的主要因素。第一,电力供电设备得不到充分利用。第二,功率因数低,将使电力输送线路的电流增加,在线路上引起较大的电压降和功率损耗,这不仅造成巨大浪费,而且会影响用电设备的正常运行。第三,功率因数低的开关电源会产生很大的环流,这对输出功率没有贡献,还会使用电设备产生过热,加速开关电源绝缘层的损坏,易引起火灾事故。第四,开关电源的功率因数低会增加用电设备的负荷,浪费用电量。

  综上所述,不论是从保证电力系统的安全经济运行,还是从保护用电设备以及人身安全来看,都必须使用低谐波含量、高功率因数的开关电源,这对市场、对用户来说都是十分必要的。

  绿色电源目前正在蓬勃兴起,一大批低谐波含量、高功率因数、高效率的开关电源集成电路陆续问世,走向市场。下面以采用TDA16888的开关电源为例进行介绍,有关电路如图5-25所示。

  TDA16888是英飞凌(lnfineon)公司推出的具有PFC功能的电源控制芯片,其内置的PFC控制器和PWM控制器可以同步工作。由于PFC和PWM集成在同一芯片内,因此具有电路简单、成本低、损耗小和工作可靠性高等优点。TDA16888内部的PFC部分主要有电压误差放大器、模拟乘法器、电流放大器、3组电压比较器、3组运算放大器、R-S触发器和图腾柱式驱动级,PWM部分主要有精密基准电压源、DSC振荡器、电压比较器、R-S触发器和图腾柱式驱动级。此外,TDA16888内部还设置有过电压、欠电压、峰值电流限制、过电流、断线掉电等完善的保护功能。图5-26所示为TDA16888内部电路框图,其引脚功能如表5-5所示。

  220V左右的交流电压先经延迟保险管FU1,然后进入由CYl、CY2、THR1、R8A、R9A、ZNR1、CX1、LF1、CX2、LF4组成的交流抗干扰电路,滤除市电中的高频干扰信号,同时保证开关电源产生的高频信号不窜入电网。电路中,THR1是热敏电阻,主要是防止浪涌电流对电路的冲击:ZNR1为压敏电阻,即在电源电压高于250V时,压敏电阻ZNR1击穿短路,保险管FUI熔断,这样可避免电网电压波动造成开关电源损坏,从而保护后级电路。

  经交流抗干扰电路滤波后的交流电压送到由BD1、CX3、L7、CX4组成的整流滤波电路。BDI整流滤波后,形成直流电压。由于滤波电路电容CX3储能较小,所以在负载较轻时,经整流滤波后的电压为310V左右;在负载较重时,经整流滤波后的电压为230V左右。

  输入电压的变化经R10A、RIOB、R10C、R10D加到TDA16888的①脚,输出电压的变化经R17D、R17C、R17B、R17A加到TDA16888的⒆脚,TDA16888内部根据这些参数进行对比与运算,确定输出端⑧脚的脉冲占空比,维持输出电压的稳定。在一定的输出功率下,输入电压降低,TDA16888的⑧脚输出的脉冲占空比变大;输入电压升高,TDA16888的⑧脚输出的脉冲占空比变小。在一定的输入电压下,输出功率变小,TDA16888的⑧脚输出的脉冲占空比变小;反之则结果相反。

  TDA16888的⑧脚的PFC驱动脉冲信号,经过由VT4、VT15推挽放大后,驱动开关管VT1、VT2处于开关状态。当VTI、VT2饱和导通时,由BDI、CX3整流后的电压经电感L1、VT1和VT2的D、S极到地,形成回路;当VT1、VT2截止时,由BDI、CX3整流滤波的电压经电感L1、VD1、C1到地,对CI充电,同时,流过电感L1的电流呈减小趋势,电感两端必然产生左负右正的感应电压,这一感应电压与BD1、CX3整流滤波后的直流分量叠加,在滤波电容C1正端形成400V左右的直流电压,不但提高了电源利用电网的效率,而且使得流过L1(PFC电感)的电流波形和输入电压的波形趋于一致,从而达到提高功率因数的目的。

  当接通电源时,VCCI电压(来自另一电源)经VT5、R46稳压后,加到TDA16888的⑨脚,TDA16888得到启动电压后,内部电路开始工作,并从⑩脚输出PWM驱动信号,经过由VT12、VT13推挽放大后,分成两路,分别驱动VT3和VT11处于开关状态。

  当TDA16888的⑩脚输出的PWM驱动信号为高电平时,VT13导通,VT12截止,VT12、VT13发射极输出高电平信号,控制开关管VT3导通,同时,信号另一支路经C3、T3,控制VTII导通,此时,开关变压器T2储存能量。

  当TDA16888的⑩脚输出的PWM驱动信号为低电平时,VT13截止,VT12导通,VT12、VT13发射极输出低电平信号,控制开关管VT3截止,同时,信号另一支路经C3、T3,控制VT11也截止,此时,开关变压器T2通过二次绕组释放能量,从而使二次绕组输出工作电压。

  当二次侧24V电压输出端输出电压升高时⑻经R54、R53分压后,误差放大器U11(TCL431)的控制极电压升高,U11的阴极(上端)电压下降,流过光电耦合器U4中发光二极管的电流增大,其发光强度增强,则光敏三极管导通加强,使TDA16888的⑩脚电压下降,经TDA16888内部电路检测后,控制开关管VT3、VT11提前截止,使开关电源的输出电压下降到正常值;反之,当输出电压降低时,经上述稳压电路的负反馈作用,开关管VT3、VTII导通时间变长,使输出电压上升到正常值。

  TDA16888的③脚为过流检测端,当流经开关管VT3源极电阻R2两端的取样电压增大,加到TDA16888的③脚的电压增大,当③脚电压增大到阈值电压时,TDA16888关断⑩脚输出。

  当24V或12V输出电压超过一定值时,稳压管V23或V24导通,通过VD19或VD18加在U8的⑤脚的电位升高,U8的⑦脚输出高电平,控制VT8、VT7导通,使光电耦合器

  U5内发光二极管的正极被钳位在低电平而不发光,光敏三极管不能导通,进而控制VT5截止,这样,由于VCC1电压不能加到TDA16888的⑨脚,TDA16888停止工作.从而达到过压保护的目的。

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