開(kāi)關(guān)電源中的輔助電源系統及其設計
開(kāi)關(guān)電源一般由功率主回路、輔助電源和控制回路組成。功率主回路主要用來(lái)給用戶(hù)負載供電，而開(kāi)關(guān)電源的輔助電源主要用來(lái)給功率主回路的控制電路、驅動(dòng)電路或電源系統的監控電路供電。
輔助電源的設計不但影響到整個(gè)電源的體積、效率、穩定性、可靠性和成本，而且還將影響到整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設計策略。一個(gè)重要的原因就是隔離問(wèn)題。例如在離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)電源中，如果其內部的輔助電源和功率主回路輸入共地，那么就需要用光耦或變壓器來(lái)對輸出電壓采樣信號進(jìn)行隔離，見(jiàn)圖1。而如果是內部輔助電源和功率主電路輸出共地，則一般不需要對電壓采樣信號隔離，這時(shí)只需對驅動(dòng)信號隔離。
2 開(kāi)關(guān)電源輔助電源的特點(diǎn)及種類(lèi)
由于所需輔助電源的功率一般較小，輔助電源應該力求簡(jiǎn)單、可靠和小巧。根據輔助電源與功率主回路的關(guān)系，開(kāi)關(guān)電源中的輔助電源可以分為兩大類(lèi)：
(1)獨立型：輔助電源獨立于功率主回路。主要用于大功率或中功率電源系統，比如在通訊電源、ATX電源中，需要電源正�；蚴⌒盘柣螂娫催h程控制的功能時(shí)，在功率主回路即使不工作時(shí)，輔助電源也要正常供電。下面是幾種常見(jiàn)的獨立型輔助電源設計方法。
第一種方法： 傳統的線(xiàn)性電源作為輔助電源。它是用普通的矽鋼片低頻變壓器降壓后，又經(jīng)過(guò)四只二極管全波整流，經(jīng)C5、C6平滑濾波后加到三端穩壓器7815輸入端。
這種設計中，低頻變壓器的體積往往選的足夠大，以滿(mǎn)足各種安全規范中對絕緣和漏電特性的要求。但由于它的簡(jiǎn)單、可靠和方便，以及完全的隔離特性，所以在大功率開(kāi)關(guān)電源系統中，低頻變壓器不會(huì )影響到整個(gè)電源的尺寸和造價(jià)時(shí)，它將是一個(gè)不錯的選擇。
第二種方法：一種不用低頻變壓器降壓的簡(jiǎn)易輔助電源。它的實(shí)用電路見(jiàn)圖4。用兩只無(wú)極性的高頻電容C6 、C7，直接從兩路220V(經(jīng)過(guò)輸入濾波電路之后)電網(wǎng)電壓中取得低頻脈動(dòng)電壓，并串聯(lián)兩只電阻R2、R3限流。然后經(jīng)過(guò)四只二極管全波整流，最后再輸入集成穩壓器7815，以提供所需電壓。IC輸入端并聯(lián)一只穩壓二極管箝位，防止浪涌電壓損壞7815。
第三種方法：由自激式開(kāi)關(guān)變換器構成非常輕巧的輔助電源，可以方便地產(chǎn)生多路輔助電源。圖4是由一個(gè)自激式反激式變換器構成的輔助電源。
開(kāi)關(guān)電源中的輔助電源系統及其設計
這個(gè)輔助電源適合于110/220Vac輸入。開(kāi)始時(shí)由于通過(guò)R1、R2的基級驅動(dòng)電流，Q1開(kāi)始導通，繞組P2上的反饋電壓將加速Q1的開(kāi)通過(guò)程。隨著(zhù)Q1的導通，初級線(xiàn)圈P1上的電流將線(xiàn)性增加，而R3上的電流也線(xiàn)性增加，Q發(fā)射級電壓增加，導致R2上的電流減小，Q1開(kāi)始關(guān)斷。由于P2上的反饋電壓方向，所以將加速Q1的關(guān)斷過(guò)程。在反激階段，繞組P3和D10把反激的大部分能量回饋到輸入，只有一小部分能量通過(guò)D11傳送到輸出。根據變壓器鐵芯選擇適當的初級線(xiàn)圈，使得在Q1開(kāi)通階段儲存的能量至少是所需輔助輸出能量的3-4倍，這樣二極管D10在反激階段始終導通，次級電壓就完全由初級電壓和砸數比決定，這樣做的好處是易于設定輔助電源的輸出電壓。
第四種方法：用單片電源芯片，如Topswitch或Tinyswtich系列芯片，可以方便的做成高性能小功率的輔助電源。
Topwitch 器件集PWM信號控制電路及功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應管于一體，內部集成了自啟動(dòng)電路，所以只要配以少量的外圍元器件，就可以構成一個(gè)電路結構簡(jiǎn)潔、成本低、性能穩定、制作及調試方便的單片開(kāi)關(guān)電源，作為電源系統中的輔助電源。這種方法已得到廣泛應用。
(2)非獨立型：由主變換器高頻變壓器輸出的一部分構成輔助電源。主要用于中小功率電源系統，有利于減小整個(gè)電源的體積，實(shí)現小型化，節約成本。特點(diǎn)是輔助電源與主變換器二者的工作狀態(tài)互相制約。如果輔助電源不給控制電路供電，主變換器將不工作。而當主電路不工作，輔助電路也隨之關(guān)閉。所以在電源的啟動(dòng)階段需要一些方法給控制電路提供能量，然后過(guò)渡到正常的工作狀態(tài)。
第一種啟動(dòng)方法：?jiǎn)?dòng)時(shí)直接由直流輸入端提供起動(dòng)電壓，如圖6。
開(kāi)關(guān)電源中的輔助電源系統及其設計
這是一個(gè)由UC3842構成的反激式小型開(kāi)關(guān)電源，它的輔助電源由主變換器變壓器一個(gè)繞組提供。在啟動(dòng)階段，由直流輸入端經(jīng)過(guò)電阻分壓后加到UC3842的供電端(7端)，給電容C2充電，等到UC3842的7腳電壓超過(guò)16V時(shí)，芯片起振，PWM信號產(chǎn)生，變換器工作，輔助電源電壓開(kāi)始建立。但由于限流電阻RIN的作用，有可能使得芯片7腳電壓降低至10V而使得芯片停止工作。之后主電路又通過(guò)RIN電阻給UC3842芯片供電，芯片工作。如此反復，直至芯片正常工作所需的輔助電源電壓建立后，電源才正常工作。
第二種啟動(dòng)方法：脈沖發(fā)生電路構成啟動(dòng)電路，如圖7所示。啟動(dòng)時(shí)由D1、C4、R4、R5和Q組成的脈沖發(fā)生電路來(lái)驅動(dòng)Mosfet功率管，主變換器工作，C6、C7上的電壓開(kāi)始增加，直至輔助電源建立后，電源的控制芯片就開(kāi)始工作。其產(chǎn)生的PWM信號通過(guò)脈沖變壓器T1驅動(dòng)Mosfet，此時(shí)由于脈沖變壓器T1副邊上的電壓幅度增大，雙向觸發(fā)二極管DIAC關(guān)閉，脈沖發(fā)生電路停止工作，起動(dòng)過(guò)程結束，整個(gè)電源開(kāi)始正常工作。
開(kāi)關(guān)電源中的輔助電源系統及其設計
圖7 脈沖發(fā)生電路構成啟動(dòng)電路
雖然輔助電源所需要輸出功率不大，但它是開(kāi)關(guān)電源中的非常重要的組成部分，將影響到整個(gè)電源的性能。開(kāi)關(guān)電源正向著(zhù)輕、小、薄、高可靠、高穩定、高效率和智能化的方向發(fā)展，應根據整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統的規格要求來(lái)選擇合適的輔助電源系統，首先在滿(mǎn)足可靠性的前提下，設計簡(jiǎn)單、輕巧和經(jīng)濟的輔助電源。
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