PWM方式反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方法

反激式轉(zhuǎn)換器(Flyback Converter)，廣泛應(yīng)用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換，并在輸入級(jí)和輸出級(jí)之間提供絕緣隔離，是開(kāi)關(guān)電源的一種。應(yīng)用范圍包括低功率的開(kāi)關(guān)電源，顯像管的高壓電源，以及絕緣柵驅(qū)動(dòng)器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)。反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)參考其結(jié)構(gòu)圖。其核心部件包括開(kāi)關(guān)，變壓器，二極管和電容。開(kāi)關(guān)由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，通過(guò)閉合與導(dǎo)通在變壓器兩端產(chǎn)生高頻方波信號(hào)。變壓器將產(chǎn)生的方波信號(hào)以磁場(chǎng)感應(yīng)的方式傳遞到次級(jí)線圈。通過(guò)二極管和電容的濾波整流作用，在輸出端得到穩(wěn)定的直流輸出 。

反激式轉(zhuǎn)換器的工作分為兩個(gè)階段，開(kāi)關(guān)閉合和開(kāi)關(guān)斷開(kāi)階段。在開(kāi)關(guān)閉合階段，變壓器的初級(jí)線圈(Primary Coil)直接連接在輸入電壓上。初級(jí)線圈中的電流和變壓器磁芯中的磁場(chǎng)增加，在磁芯中儲(chǔ)存能量。在次級(jí)線圈(Secondary Coil)中產(chǎn)生的電壓是反向的，使得二極管處于反偏狀態(tài)而不能導(dǎo)通。此時(shí)，由電容向負(fù)載提供電壓和電流。在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)階段，初級(jí)線圈中的電流為0。同時(shí)磁芯中的磁場(chǎng)開(kāi)始下降，在次級(jí)線圈上感應(yīng)出正向電壓。此時(shí)二極管處于正偏狀態(tài)，導(dǎo)通的電流流入電容和負(fù)載。磁芯中存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)移至電容和負(fù)載中。

電源規(guī)格確定后，將進(jìn)入設(shè)計(jì)的第2個(gè)步驟“控制用電源IC的選擇”。

為什么是“IC的選擇”呢?近年來(lái)電源電路的設(shè)計(jì)上一般會(huì)利用電源用IC(電源廠商可能不同)，除了擁有非常優(yōu)秀的控制性能外，還會(huì)搭載各種保護(hù)功能，因此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)略不復(fù)雜，對(duì)安裝面積等反而有利。

在這里，以設(shè)計(jì)PWM方式的反激型AC/DC轉(zhuǎn)換器為例，具體設(shè)定電源規(guī)格，以及決定支持該規(guī)格的電源IC。

電源的規(guī)格是“設(shè)計(jì)開(kāi)始的最低限度規(guī)格”的項(xiàng)目的基礎(chǔ)山個(gè)，設(shè)定一般的條件。此外，也寫(xiě)下根據(jù)該條件選擇IC時(shí)有哪些注意事項(xiàng)。

電源規(guī)格范例IC選擇的要點(diǎn)

?輸入電壓：85～264VAC?廣泛輸入支持的電源方式

?輸出：12VDC±5% / 3A36W?外置輸出功率晶體管

?輸出紋波電壓：200mVp-p?電流模式型

?絕緣耐壓：一次側(cè)-二次側(cè)間 3kVAC?由光耦合器反饋控制

?工作溫度范圍：0～50℃?工作保證溫度范圍：-40～85℃

?效率：80%以上?開(kāi)關(guān)方式

?無(wú)負(fù)載時(shí)輸入功率：0.1W以下?內(nèi)置啟動(dòng)電路、低功耗型

?輸入電壓：85～264VAC

預(yù)設(shè)輸入規(guī)格能支持全球各國(guó)要求。IC則挑具有大范圍的耐壓能力且性能佳的產(chǎn)品。

?輸出：12VDC±5% / 3A36W

輸出電壓為工業(yè)設(shè)備一般使用的總線電壓12V，精度通常為±5%。輸出電流為3A，雖然可以選擇內(nèi)置開(kāi)關(guān)用晶體管型IC，但為了理解基本構(gòu)造，推薦外置開(kāi)關(guān)用的功率MOSFET。

?輸出紋波：200mVp-p

輸出紋波為標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。著重在能降低紋波的電流模式所使用的控制IC。

?絕緣耐壓：一次側(cè)-二次側(cè)間 3kVAC

除了變壓器外，為了反饋控制以穩(wěn)定輸出電壓，必須裝設(shè)將二次側(cè)電壓(輸出電壓)返回一次側(cè)的線路，而該線路也必須能夠絕緣。反饋電路會(huì)使用光耦合器來(lái)絕緣。

?工作溫度范圍：0～50℃

工作溫度范圍為設(shè)備一般規(guī)格即可。為了達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇溫度范圍更大的IC和部件。

?效率：80%以上

這也算是一般常見(jiàn)的效率。有的DC/DC轉(zhuǎn)換器會(huì)要求效率超過(guò)90%，但AC/DC轉(zhuǎn)換器雖然還有改善的空間，不過(guò)效率依然達(dá)到80%，并未因此而偏低。為了達(dá)到該效率，必須采用開(kāi)關(guān)方式的AC/DC轉(zhuǎn)換電路。

?無(wú)負(fù)載時(shí)輸入功率：0.1W以下

為了達(dá)到其目標(biāo)值，必須采用能保持低功耗的控制IC才行。

而在尋找可以實(shí)現(xiàn)電源規(guī)格目標(biāo)的IC時(shí)，也要先了解AC/DC轉(zhuǎn)換的方式和特征、市場(chǎng)流通的控制用IC種類和功能。乍看之下非常復(fù)雜，不過(guò)只要決定好變壓器方式，之后就簡(jiǎn)單許多了。此次采用PWM方式的反激式轉(zhuǎn)換器，因此在尋找IC時(shí)，會(huì)先鎖定能組成反激式轉(zhuǎn)換器的IC。其次，依照采用PWM方式、符合輸入范圍和輸出規(guī)格的順序來(lái)尋找IC?？梢郧巴鵌C廠商的web網(wǎng)站上限定條件進(jìn)行搜尋，記得多加利用。

以下為能夠?qū)崿F(xiàn)該電源規(guī)格的電源IC。

BM1P061FJ：AC/DC用 PWM 控制器IC

特點(diǎn)

PWM頻率65kHz

電流模式方式

輕負(fù)載時(shí)突發(fā)脈沖工作、降頻功能

內(nèi)置650V啟動(dòng)電路

VCC引腳低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)

CS引腳開(kāi)路保護(hù)

CS引腳Leading-Edge-Blanking功能

每周期過(guò)電流限制功能

過(guò)電流限制AC校正功能

軟啟動(dòng)功能

2次側(cè)過(guò)電流保護(hù)電路

還有跳頻功能

使用BM1P061FJ的絕緣型反激式轉(zhuǎn)換器電路

BM1P061FJ是AC/DC轉(zhuǎn)換器用的PWM控制器IC，能構(gòu)筑絕緣型的反激式轉(zhuǎn)換器。IC特點(diǎn)如上所述，但此次設(shè)計(jì)范例的規(guī)格中使用該款I(lǐng)C，主要是因?yàn)槠鋵儆诓捎脙?nèi)置650V耐壓?jiǎn)?dòng)電路的電流模式，能充分支持整流264VAC的DC電壓的PWM方式開(kāi)關(guān)電源用IC，搭載啟動(dòng)電路和輕負(fù)載時(shí)開(kāi)關(guān)降頻功能、節(jié)能且高效率還有BM1PXXX系列產(chǎn)品陣容豐富，在設(shè)計(jì)途中變更規(guī)格也容易等諸多優(yōu)點(diǎn)。

此外，也列出構(gòu)筑反激式轉(zhuǎn)換器時(shí)的基本電路。如圖片所示，IC集成化高，因此外置部件非常少。關(guān)于IC的詳細(xì)數(shù)據(jù)可以參照技術(shù)規(guī)格。

那么，設(shè)定好決定好能實(shí)現(xiàn)電源規(guī)格的IC后，推薦再稍微重溫一下AC/DC轉(zhuǎn)換，之后再開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)。