低功耗AC/DC開關電源的設計

錢 純 海南師范大學物理與電子工程學院 571158

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低功耗AC/DC開關電源的設計

錢 純 海南師范大學物理與電子工程學院 571158

【文章摘要】

隨著我國經濟與科技的高速發展，促進電子產品應用數量快速增長，同時促進電源管理芯片應用需求量的增加。新時期面對新的機遇和挑戰，要加強開關電源的創新設計，改變其體積、重量、功耗、效率等多方面性能，以更廣泛應用于電子設備中。目前低功耗開關電源設備成為應用新形勢，本文將針對低功耗AC/DC開關電源的設計展開探討，結合AC/DC開關電源控制器原理及相關知識進行詳細分析。

【關鍵詞】

低功耗；AC/DC控制器；開關電源；優化設計

隨著經濟與科技的發展我國已步入信息化時代，電子設備的應用成為人們生產生活中必不可少的工具，目前電子設備中常見的電源類型主要包括線性電源與開關電源。基于開關電源自身具有諸多性能優勢如體積、功耗、效率等，因此在電子設備中廣泛應用。無論是國際還是國內針對開關電源的應用都是主流趨勢，因此加大對開關電源技術的應用與研究具有重要作用。下面本文將針對低功耗AC/DC開關電源的設計展開探討，結合AC/DC開關電源控制器原理及相關知識進行詳細分析。

1 基本原理

開關電源整流電路一般選擇晶體二極管構成橋式電路，保證電路結構簡單，運行效率高。通過圖1可知開關電源原理電路。

開關電源輸出電壓一旦調整，分壓網絡檢測到輸出電壓Vout變化量，將Vout變化量與參考電壓在比較之后放大，再將電壓輸出作為PWM控制模塊輸入信號，以輸入信號大小進行脈沖寬度調節，控制功率開關管的關斷。

當交流變壓通過過橋式電路后直接轉為初步直流電壓，通過DC/DC轉換，得到較穩定的直流電壓，其電壓值與所需電壓穩定一致。因此，單片AC/DC開關電源設計關鍵在于DC/DC變化控制器設計。變換控制器類型多樣化，但工作原理具有一致性，主要原理為：通過控制電路產生與誤差信號相關的開關信號，進而去控制功率開關管的關斷，通過電感、電容儲能與釋放保證電壓穩定。

圖1　開關電源原理電路

2 芯片系統設計

通過對國內外開關電源的應用現狀以及電源設計趨勢，設計一款低耗能、高性能AC/ DC電源供應控制器。在芯片系統設計中主要應用PFM模式構建DCM反激電源供應。

通過對芯片的應用環境分析，以及對芯片設計要求的考慮，基于AC/DC開關電源芯片結構，在進行系統設計中應保證以下功能設計：

（1）節約成本，除去光耦和次級恒壓控制電路，選擇原邊調整控制技術，即PSR技術；

（2）以負載大小為基礎依據，對恒壓模式進行自動調節，或對恒流模式自動調節，恒壓恒流模塊需達到自動調節基本功能；

（3）保障電路正常運行，具有VCC欠壓鎖定以及之后功能，VCC開啟電壓為9V，跳出VCC電壓為14.5V；

（4）振蕩器的主要頻率控制在100kHz；

（5）系統內設軟啟動功能，軟啟動時間為6ms；

（6）為避免開關管導通的瞬間因電流使系統運行出現誤差，因此要進行內置前沿隱消電路；

（7）帶隙基準電路要保證為多路輸出，目的在于保障內部不同參考電壓需求。

在此功能與指標的設計基礎上，可確定功能實現要包括不同模塊電路，如振蕩器、過壓保護電路、峰值電路檢測電路等等。主要系統設計圖如下圖2所示。

圖2　芯片系統內部結構圖

通過不同模塊功能的設計，完善芯片系統整體設計。通過振蕩器模塊設計使信號產生穩定，并占空比可控信號，主要頻率為100kHz；峰值電流檢測模塊的設計，主要是利用采樣回路電流實現的開關管控制；恒壓/恒流控制模塊設計主要是對功率開關管NPN關斷的控制。通過多模塊之前交叉配合，實現低耗能、高性能開關電源設計。

3 結束語

自上世紀90年代后開關電源的發展與應用逐漸普及，在帶電子設備中廣泛應用。隨著近幾年經濟與科技高速發展給開關電源提出了更高要求。本文針對AC/DC控制器的開關電源進行設計，以滿足低耗能、高可靠的“綠色”開關電源的設計方向。在今后開關電源設計中應進一步提高電源控制芯片效率，提高集成化程度，實現智能電源控制設計。

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