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IRIS4015组成的准谐振反激式开关电源

宣布时间:2010年07月23日 16:07    宣布者:lavida
要害词: IRIS4015 , 开关电源 , 谐振
IRIS4015系列简要原理  
  
IRIS4015系列是一种专为准谐振使命要领的反激式变换器,其最年夜优点是将准谐振反激式变换器的控制电路和高压MOSFET集成在一个TO-220封装中,是以不须要另外设置开关管。IRIS4015系列的外部原理框图如图1所示。  

  
图1 IRIS4015系列的外部原理框图  

1 电路的启动与限流使命  
  
与年夜多数开关电源控制芯片一样,IRIS4015的启动仅仅须要在VCC端与直流母线直接一只启动电阻便可。其限流使命要领与年夜多数峰值电流型芯片的限流使命要领基内幕同,详实原理不再赘述。  

2 电压反映形式  
  
为了完成电压稳固,可以应用电压反映来完成,电路如图2所示。  

  
图2 电压控制反映时的振荡器的使命形式  

由图2可知,只需OCP/FB端电压到达0.73V,内电路就会将MOSFET关闭。那么,只需应用电压反映控制OCP/FB端电压到达0.73V时便可以完成输入电压的稳固。假定将电压反映旌旗暗记经由历程光电耦合器和R2送到C5端,这样VC5将不只是泄电流在R5上的电压,而是R5电压与反映电压的迭加。反映电压越强烈,其作用越年夜,C5电压到达0.73V的时间就越早,而MOSFET的导通时间越短,向输入端传输的能量越小,从而完成了输入电压的稳固。  

3 准谐振使命要领  
  
完成准谐振使命要领的要害是保证主开关在VDS为极小值时将主开关守旧,剩下的效果就是若何检测到这个极小值。可以接纳检测赞助绕组电压的措施来快捷地检测开关管的漏-源极电压的极小值。详细完成要领见图3。  

  
图3 准谐振使命形式与主要波形  

变压器的储能释放尽,C4与变压器低级谐振。当变压器各绕组电压过零时,保持OCP/FB真个“高电位”消掉落,C5、C3将经由历程IRIS4015外部电路和R4、R5以1.35mA电流放电。当OCP/FB端电压降低到0.73V时,IRIS4015外部的控制电路驱动主开关导通,从而完成准谐振的使命形式。  

在这里,C4、C5放电纪律不随输入电压和负载电流变换,是以一旦C4的电容量、变压器低级电感一定,C3、C5放电到0.73V的延迟时间也随之被一定。  

4 轻载使命条件的刷新  
  
由于电路使命在准谐振状态,满载时的开关频率年夜约为30kHz。随着负载的减小,变压器释放储能的时间变短,使开关频率上升,空载时可以到达300kHz。这时间间,由于IRIS4015使命在准谐振状态,是以有零导通宽度。MOSFET使命在其特点曲线的线性(或饱和)区。图4给出了尺度波形。这是由于在很窄的导通脉宽下,驱动器在门极电压还上升时,使驱动输入关断,然后经由历程漏源之间饱和电压的上升来控制施加在变压器上的电压。当使命在轻载、准谐振形式时,就会发生上述情形,然则不会惹起其他效果。不言而喻,频率较高时,上升时间受准谐振电容的限制,增添了消耗,从而降低了效力。这时间间,开关在PRC形式极端有益,能保持消耗和效力在一个公正的水平。当负载变轻时,主开关可以不在第一个电压极小值时导通,可以在谐振的第二个极小值导通;轻载时则可以超出若干的极小值后再导通。这样便可以有用的降低轻载、空载时的开关频率。  

  
图4 空载时谐振状态下的VDS波形  

关于IRIS4015,可以接纳图5的电路。增添光电耦合器2(它可使准谐振旌旗暗记反映起作用或掉落效)可使使命形式在准谐振形式和PRC形式之间转换,即图中电路A。  

  
图5 QR/PRC使命要领转换电路  

经由历程增添如图5所示的电路B可使在轻载时将转换到PRC使命形式。当次级电压降低时,PNP晶体管关断使驱动绕组的电压也随着降低,是以切断了OCP/FB脚准谐振旌旗暗记反映。一旦旌旗暗记被切断,经由历程外部振荡器转换到PRC使命形式,使命频率也减降低到年夜约20~40kHz。  

变压器的数据
  
  
在许多情形下,反激式开关电源的变压器的数据是设计历程当中的主要数据之一。输入24V的100W准谐振式开关电源的使命条件为:最年夜的占空比Dmax=0.4;最小使命频率fmin=50kHz;周期:T=20μs;最小输入直流电压:VDCmin=200V;反映电压:133V;最年夜导通时间:8μs。  
  
对应的变压器的数据为:变压器铁芯型号为EER35L磁芯;变压器低级绕组匝数:66匝;变压器次级绕组匝数:12匝;赞助绕组的匝数:9匝;变压器磁路气隙:1mm;变压器磁路电感:567μH;低级线径: 0.35mm,四股并绕;次级线经:0.76mm,四股并绕。  

准谐振反激式变换器的完成与测试  

1 完全电路、电路板图与原件明细  
  
一个输入100W用IRIS4015组成的准谐振反激式开关电源的零件电路的电路图如图6,元件排布图如图7,电路板图如图8。所有设计为可以放置在山西永明电源的75W电源壳内。  

  
图6 IRIS4015组成的准谐振反激式开关电源的电路图  

  
图7 元件排布图  

  
图8 电路板图  

2 测试数据与剖析  
  
通常开关电源须要测试的波形主要有输入纹波电压峰-峰值和主开关管的漏源电压波形。前者反映了输入噪声的水平,经由历程后者可以断定电路的使命能否正常。  

● 输入纹波电压  
  
最年夜输入纹波电压峰-峰值发生在输入电压最高的状态下,是以测试到最高输入电压下的输入纹波电压能切合请求,其他电压下则均能切合请求。用100MHz带宽数字示波器F105B测试输入纹波电压,得满载时的纹波电压峰-峰值为88mV。假定用20MHz通用示波器,测得的效果将更低。  
  
输入纹波电压波形注解准谐振使命状态下,开关管的导通与关断历程当中所发生的dv/dt、di/dt和电磁滋扰被年夜年夜减小,可以显着减小输入电压纹波。  

● 漏源电压波形  
  
通常,开关管的漏源极电压波形在最高输入电压时处于最低劣状态,是以,最高输入电压时的漏源极电压波形就基本可以明确电路的使命状态。测试效果如图9(a)、图9(b)、图9(c)所示,划分为PRC使命状态下的空载漏源极电压波形和轻载、满载时的漏源极电压波形。  

  
(a)空载状态   (b)轻载状态 (c)满载状态  
图9 输入电压为245V时的源/泄电压波形  

从图中可以看到,空载时开关管的导通时间简直为零,导通了就急速关断。由于接纳PRC控制要领,空载的开关频率约为20kHz。有用的降低了开关管的开关消耗(这里主要指的是开关管的开经由历程程的消耗)。  

轻载时,由于电路进入准谐振状态,开关频率较量高,约为100~110kHz左右,然则依然比准谐振状态的300kHz低。开关管守旧消耗处在可以吸收的较量低的功耗水平。  

满载时电路使命在准谐振状态,开关频率年夜约为30kHz左右(在最低输入电压时,开关管的守旧时间将比最高输入电压时长约40%,方能取得得照顾的储能),开关管的源漏峰值电压最年夜值为564V,可以推算出输入264V时的开关管的源泄电压不会高于600V,低于650V特殊电压,为正常使命状态。  

从上述三个图中可以看到,岂论是PRC照样准谐振使命状态,开关管的守旧均在开关管漏源极电压波形的极小值时间。这样就确保了开关督使命在“准谐振”状态。  

● 变压器漏感对开关管源泄电压波形的影响  
  
变压器漏感对开关管源泄电压波形的影响越年夜,漏感越年夜,源泄电压尖峰越高。是以,要尽能够地降低变压器的漏感。除接纳低级包抄次级的漏感绕制措施外,还可经由历程前进磁路的相对导磁系数μ值来完成。前进μ值最有用的措施就是减小气隙,可以经由历程选用较年夜的磁芯有用面积来增添绕组的匝数来完成。假定有条件,可以接纳三相漆包线,这样便可以阻拦除首次级之间的隔离间距、增添或撤消隔离胶带的层数,前进首次级之间的耦合系数。  

● 效力测试  
  
电源的效力是权衡电源性能的一个主要尺度。开关电源具有用力高的优点,但通常情形下,反激式开关电源的效力都低于85%。输入电压不应时,开关电源的效力也不合。测试效果如表1。  

  

输入整流器选用100V耐压的肖特基二极管,则效力可以逾越90%。从所测试的效力看,由于“扫除”了开关管的关断消耗懈弛冲电路的消耗,使电路的效力前进至少5%~8%。这样,纵然IRIS4015没有散热器,也不会过热。在所有电路中最热的是变压器,温升年夜约40℃。假定选用更合适的磁芯,则可以降低变压器的消耗和温升。同时,由于开关管和输入整流器可以不用掉热器,电路结构设计将变得越发质朴。
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