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生产|6大常见电源设计电源电路，开关电源技术工程师必需专业知识秘笈( 二 )


该电路只对两个电压之间的相对差异作出反应，在满载和轻负载条件下基本不起作用。由于并联稳压器是从5V输出端连接到3.3V输出端，因此与接地的并联稳压器相比，该电路的有源耗散可以降低66%。其结果是在满载时保持高效率，从轻负载到无负载的功耗保持较低水平。
4、采用StackFET的高压输入开关电源使用三相交流电进行工作的工业设备常常需要一个可以为模拟和数字电路提供稳定低压直流电的辅助电源级。此类应用的范例包括工业传动器、UPS系统和能量计。
此类电源的规格比现成的标准开关所需的规格要严格得多。不仅这些应用中的输入电压更高，而且为工业环境中的三相应用所设计的设备还必须容许非常宽的波动—包括跌落时间延长、电涌以及一个或多个相的偶然丢失。而且，此类辅助电源的指定输入电压范围可以达到57VAC至580VAC之宽。
设计如此宽范围的开关电源可以说是一大挑战，主要在于高压MOSFET的成本较高以及传统的PWM控制环路的动态范围的限制。StackFET技术允许组合使用不太昂贵的、额定电压为600V的低压MOSFET和PowerIntegrations提供的集成电源控制器，这样便可设计出简单便宜并能够在宽输入电压范围内工作的开关电源。
图4：采用StackFET技术的三相输入3W开关电源。
该电路的工作方式如下：电路的输入端电流可以来自三相三线或四线系统，甚至来自单相系统。三相整流器由二极管D1-D8构成。电阻R1-R4可以提供浪涌电流限制。如果使用可熔电阻，这些电阻便可在故障期间安全断开，无需单独配备保险丝。pi滤波器由C5、C6、C7、C8和L1构成，可以过滤整流直流电压。
电阻R13和R15用于平衡输入滤波电容之间的电压。
当集成开关内的MOSFET导通时，Q1的源端将被拉低，R6、R7和R8将提供栅极电流，并且VR1到VR3的结电容将导通Q1。齐纳二极管VR4用于限制施加给Q1的栅极源电压。当U1内的MOSFET关断时，U1的最大化漏极电压将被一个由VR1、VR2和VR3构成的450V箝位网络箝位。这会将U1的漏极电压限制到接近450V。
与Q1相连的绕组结束时的任何额外电压都会被施加给Q1。这种设计可以有效地分配Q1和U1之间的整流输入直流电压和反激式电压总量。电阻R9用于限制开关切换期间的高频振荡，由于反激间隔期间存在漏感，箝位网络VR5、D9和R10则用于限制初级上的峰值电压。
输出整流由D1提供。C2为输出滤波器。L2和C3构成次级滤波器，以减小输出端的开关纹波。
当输出电压超过光耦二极管和VR6的总压降时，VR6将导通。输出电压的变化会导致流经U2内的光耦二极管的电流发生变化，进而改变流经U2B内的晶体管的电流。当此电流超出U1的FB引脚阈值电流时，将抑制下一个周期。输出稳压可以通过控制使能及抑制周期的数量来实现。一旦开关周期被开启，该周期便会在电流上升到U1的内部电流限制时结束。R11用于限制瞬态负载时流经光耦器的电流，以及调整反馈环路的增益。电阻R12用于偏置齐纳二极管VR6。
ICU1具有内置功能，因此可根据反馈信号消失、输出端短路以及过载对该电路提供保护。由于U1直接由其漏极引脚供电，因此不需要在变压器上添加额外的偏置绕组。C4用于提供内部电源去耦。
5、选择好的整流二极管可以简化AC/DC转换器中的EMI滤波器电路并降低其成本该电路可以简化AC/DC转换器中的EMI滤波器电路并降低其成本。
要使AC/DC电源符合EMI标准，就需要使用大量的EMI滤波器器件，例如X电容和Y电容。AC/DC电源的标准输入电路都包括一个桥式整流器，用于对输入电压进行整流。由于这是低频AC输入电压，因此可以使用如1N400X系列二极管等标准二极管，另一个原因是这些二极管的价格是最便宜的。
这些滤波器器件用于降低电源产生的EMI，以便符合已发布的EMI限制。然而，由于用来记录EMI的测量只在150kHz时才开始，而AC线电压频率只有50或60Hz，因此桥式整流器中使用的标准二极管的反向恢复时间较长，且通常与EMI产生没有直接关系。
然而，过去的输入滤波电路中有时会包括一些与桥式整流器并联的电容，用来抑制低频输入电压整流所造成的任何高频波形。
如果在桥式整流器中使用快速恢复二极管，就无需使用这些电容了。当这些二极管之间的电压开始反向时，它们的恢复速度非常快。这样通过降低随后的高频关断急变以及EMI，可以降低AC输入线中的杂散线路电感激励。由于2个二极管可以在每半个周期中实现导通，因此4个二极管中只需要2个是快速恢复类型即可。同样，在每半个周期进行导通的两个二极管中，只需要其中一个二极管具有快速恢复特性即可
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图6：在AC输入端使用桥式整流器的SMPS的典型输入级。
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图7：输入电压和电流波形显示了反向恢复结束时的二极管急变。
6、用软启动禁止低成本输出来遏制电流尖峰为满足严格的待机功耗规范要求，一些多路输出电源被设计为在待机信号为活动状态时断开输出连接。
通常情况下，通过关闭串联旁路双极晶体管或MOSFET即可实现上述目的。对于低电流输出，如果在设计电源变压器时充分考虑到晶体管的额外压降情况，则BJT可成为MOSFET的合适替代品，且成本更为低廉。


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