NCP1207制作75W电源的设计(转载)(2)

2019-06-11 13:24

让我们开始作ZVS的电源设计,如果决定反射电压为300V, 我们必须用800V的

MOSFET,将有2.8的匝比,实际反射电压为308V,可能的的漏感影响区域将是117V,Ip max会达2.18A。加到同样条件,对Lp,得到Lp≦1.26mH若选1mH,则C drin 要大于1.6nf,以防60W输出时谷底跳上375Vdc。如果不用箝位网络保护MOSFET,则C TOT要高于2.05nf (对应L leak = 25uH的最大过压为115V), 可以选择2.2nf。

你可以看到在最坏情况下,许多参数都会变,最终会获得不同的变换器,增加反射电压,,保持更宽的ZVS工作范围会有代价提升。

? 开关频率要提升。

? 初级峰值电流及导通损耗要改善。 ? 二次峰值电流及导通损耗增加。

? MOS FET在开关工作时经受更大的电压应力。 ? MOS FET开启损耗可以拿掉(如果ZVS实现)。

为简化设计,可以从ONSEMI公司的网站下载一个展开表,它包括了所有寄生元件,此外AND8089/D中描述的各个公式,也可以用SPICE来仿真。 5. SPICE仿真。

6. 辅助绕组用于给控制器供电,同时检测变压器的去磁。为给VCC供电,电压要高于11V,(VCBOFF+VF), 但要低于16V,(VCC最大允许值) 选择12V。

里有一支内部的箝位二极管保护1pin,以对应致命的过压,此二级管的电流此电压加到去磁端,要比过压保护阈值低(7.2V),要加二个外部电阻分压,平稳的电压在正常工作时为6.0V,它将容许一个2.4V的辅助绕组过压值,相应于108V的过压值为21.6V,这是可以接受的。这里有一个内部电阻28KΩ, 我们刚好需要加一支28K(或27K)电阻使之成标准值。这决不可超过+3mA/-2mA,我们必须要确保选择电阻满足此规范的要求。如果在起动时,辅助绕组给出 35V,(在输入最高线),那幺流过1pin的最大电流是:(3.5V+0.7V)/27KΩ=1.32mA,因此是安全的。

这个电阻接到绕组一端(称作ROVPI), 还用作延迟MOSFET的导通,以确保其在漏电压的谷底处,如果整个1pin内部电容(10nf)没给出足够的延迟,则需外部补加电容。在我们的情况加一支82pf电容,它可将MOSFET 导通时间延至波谷时。 7. DSS

辅助绕组为什么还要用来给控制器供电的主要原因是对于600V的MOSFET,最大的栅充电电流会达到0.6A,其栅电荷达50nc,栅驱动电流I drv = fsw*Qg*Vdrv。即使对20KHz频率,Vdrv = 10V, I drv也会大于10mA。如果不用辅助供电,这个电流将直接通过DSS,尽管DSS能供出TV电源时需要。当二次侧重新配置以减小待机功耗,辅助电压也失效了,由于DSS,控制器仍能在待机时满功率运转,这就使得能在最低电压时还能稳压调节,并以待机到正常工作能平稳过渡。

高压端要接到主干线,最好通过一支IN4007二级管,以应对较低的待机功耗,由于减小了平均电压(因半波整流)所至。 8. 待机状态

待机消耗要降低到1W以下,为实现这个目标,二次侧电流必须减小,我们选择如下的二次测结构,用预定路径,将高压线圈送到低压输出,减小所有未用的输出。此结构选择了可控硅,并由手动开关去激活,以简化评估板(图16)。

实际上,储存在高压绕组中的能量用于灌满低压的输出电容,而保持调整率则由低压输出完成。由于绕组产生电流(无电压)接高压线圈到低压输出会更安全,但是因为

调整环路强制高压线圈供出低压,这样所有其它线圈也给出低压(此正常时低的电压)这样消耗总和就有效地降下来了。

在待机期间,调整率由齐纳二极管Dz2完成,由于NCP1207仍由DSS供电,甚至无更多的辅助电压时,调整点还是比正常时低,而只有强迫输出电压到高于最低输入时的电压调整率,但这里不需要任何防护。对5V输出的调整率,我们用标准的MC7805压降为2V,调整点7V即可。R9及C22可以加到用在待机和正常工作之间软化传输。如果环路补偿正确设计,这两个组件可以不用。

NCP1207进入低峰值电流跨越式工作以在轻载时有较低损耗,但是用一些廉价变压器时,峰值电流会太高,会产生音频噪音。在此情景,我们要建议用一个不同的执行方法对应待机时的调整率(图18),在调整的输出上放一个纹波,强制控制器运行在跨越周期状态,它就会产生较少的机械应力给变压器。

9. 过功率保护

NCP1207集成了短路保护是基于检测初级峰值电流,但不幸的是,我们见到此前峰值电流只取决于输入电压(图19)。检测电阻的选择要允许在低输入电压时能允许最大峰值电流流过MOS,但在高输入电压时,峰值电流给出同样的输出功率时,此电流则小得

多,而检测电阻是固定的,这样在高输入电压时给出的最大功率会大很多。解决方案是要建起一个过功率保护的方法。

执行OPP当然是可能的,增加少量元件即可达到,我们建议两个不同的方法。其一是根据输入电压补偿CS端电压,另一个则是检测输出电流。

目标1(过功率补偿)

传统的方法是用补偿法,将其加到初级电流信息与输入电压两者总量上,见图(19),但执行起来是不可能的,因NCP1207只能检测Rcs上的信号去用作跨越周期的检测电平,而且允许电平较低,所以只能采用辅助绕组的正向电压,加一支二极管,使之与辅助绕组串联。我们通过此通路检测正向电压,如图(20)。

这个正向电压正比于匝数比N,输入电压Vin,电阻Rfwd加到辅助绕组供电处。在正向供电激活时取样电流,知道了这个正向电压值及串联电阻值RSKIP, 就很容易计算补偿电阻RCOMP的值,建起所希望的电流检测信号在高输入电压时的偏差值。 这里有几个展示补偿效果的曲线,如图21及图22。

目标2(调节折迭)

采用检测流过输出端的电流的方法,以此建立一个有效过流保护的方法是可行的。在达到输出电流阈值时,把调整率的水平折返回去,这是特意完全独立于输入电压变化的方法。

用一支NPN晶体管可检测输出电流取样电阻Rsense的电压,然后拉下光耦中发光二极管的电压(图23),这种保护还取决于温度,但它在多数应用中都给出了足够的精度。这种方式的主要缺点是只能保护一组输出,必须在每个输出复制这种保护才可以。

最终设计出的等效电路

图(24)给出完整的设计电路,内部包含了所有设计步骤的结果。

其中主要点有:

? 对非ZVS工作的设计要加RCD吸收回路。

? 当在二次侧重划结构激活时,要用齐纳二极管调整。 ? 过电流保护仅在108V输出中使用。

此外PCB板还可接受下面几项选择:

? 在二次侧结构激活时,也可用纹波发生器调整。 ? 过功率补偿通过采用辅助绕组正向电压采样的方法。

在印板上,有两种形状变压器可供选择,OREGA及VOGC。 最后测试结果

效率:250VAC,84.3% 90VAC,85.1% 待机功耗:

VIN=230VAC Vout = 5V,30mA (即150mW输出)

? 用齐纳调整时,P stby = 850m W ? 用纹波调整时,P stby = 1W

传导EMI测试结果

在AC110V及AC220V测试结果如图25。


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