基于TEA1755的綠色電源設(shè)計(jì)

　　上世紀(jì)80年代、90年代初的開關(guān)電源由于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不成熟，電子設(shè)備終端系統(tǒng)的供電方式一般采用笨重、低效率的線性電源，到了90年代后期開始大量使用開關(guān)電源，但是那時(shí)代的開關(guān)電源效率低、電磁干擾大、待機(jī)功耗高。但是隨著微電子與半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子產(chǎn)品終端設(shè)備對(duì)開關(guān)電源提出更加嚴(yán)格要的技術(shù)指標(biāo)，要求開關(guān)電源效率高、待機(jī)功耗低、可靠性高、功率密度高、電磁干擾要小等特點(diǎn)，而綠色電源也就應(yīng)用而生。總體而言，節(jié)能、對(duì)電網(wǎng)無噪聲污染、對(duì)其他電子設(shè)備不產(chǎn)生干擾就是所謂的綠色環(huán)保開關(guān)電源。

　　1、綠色電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　隨時(shí)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，衍生了十多種的開關(guān)電源拓?fù)?，每個(gè)拓?fù)涠加衅鋬?yōu)缺點(diǎn)。不同拓?fù)涞拈_關(guān)電源，其工作原理存在明顯的區(qū)別，但是開關(guān)電源的基本系統(tǒng)框架是不會(huì)變的，通常有六部分組成，如圖1所示。

　　圖1開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　第一部分是輸入濾波電路，它包含電磁干擾抑制電路、一次整流濾波電路，其中電磁干擾抑制電路作用為：一是防止電網(wǎng)噪聲、電網(wǎng)浪涌通過電源輸入線串入，影響開關(guān)電源的穩(wěn)定性；二是抑制開關(guān)電源內(nèi)部由于高頻通斷產(chǎn)生的噪聲通過電源線向電網(wǎng)反饋的噪聲；第二部分功率因數(shù)校正控制電路，該電路可以提高開關(guān)電源的輸入功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的電磁污染。一般分為有源功率因數(shù)和無源功率因數(shù)兩種；第三部分為PWM控制電路，也可以描述為功率轉(zhuǎn)換控制電路，該電路把高功率因數(shù)的直流電壓轉(zhuǎn)換受控制的高頻PWM脈沖電壓，由變壓器T磁通耦合到輸出端；第四部分為保護(hù)電路，提高開關(guān)電源的可靠性，滿足各種惡劣環(huán)境；第五部分為輸出濾波和輸出控制電路，該電路實(shí)現(xiàn)平滑輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓。

　　2、基于TEA1755綠色電源設(shè)計(jì)

　　2.1、TEA1755簡(jiǎn)介

　　TEA1755是一款高度集成化、外圍電路元器件少，其最要特點(diǎn)在于集成功率校正控制器PFC、反激式控制器PWM的IC，從而實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的開關(guān)電源。在最大功率輸出時(shí)，反激式變換器工作在QR或者具備谷底開關(guān)的DCM模式；在中等功率時(shí)，反激式控制器進(jìn)去FR降頻模式并把峰值電流限制在一個(gè)可調(diào)節(jié)的最小值上；在低功率時(shí)，PFC關(guān)閉來獲取高的效率；在輕載時(shí)，反激式變換器開關(guān)頻率降至25kHz以下，反激式變化器進(jìn)入burst突發(fā)模式。在沒有開關(guān)脈沖的burst模式中，芯片內(nèi)置供電電流被進(jìn)一步限制在最小以獲取高的效率，先進(jìn)的burst模式保證了輕載時(shí)的高效率和良好的待機(jī)功耗，并降低了變壓器噪音。

　　2.2、設(shè)計(jì)舉例

　　假設(shè)需要設(shè)計(jì)一個(gè)75W的反激變換器，已知以及預(yù)設(shè)的參數(shù)如下：

　　輸入電壓Vin：85~265VAC；

　　PFC功率因數(shù)：≥97%；

　　輸出電壓Vo：24VDC；

　　輸出電流Io：3.2A；

　　輸出功率Po：75W；

　　效率η：≥88%。

　　2.2.1、輸入電磁濾波設(shè)計(jì)

　　圖2 輸入EMI濾波電路

　　電阻R1、R2選擇原則是：在電容C1、C2的容值具有足夠選擇余地時(shí)，電阻值越小越好。假設(shè)，電阻R1、R2特定功率為PR，電阻兩端的最高輸入電壓為Vinm，則有：

　　如：設(shè)PR=0.5W，Vinm=300V，則R1+R2≥300K，可取R1、R2=200K。

　　另外在選擇電阻R1、R2的額定功率時(shí)，要考慮從電網(wǎng)串入，經(jīng)防雷擊保護(hù)電路后的浪涌殘壓能量，其額定功率為瞬時(shí)功耗的四分之一倍。設(shè)殘壓為1200V，則R1、R2還應(yīng)滿足：

　　將PR=0.5W代入上式得電阻R1+R2≥720K，所以取電阻R1、R2=200K不滿足這一條件，綜合考慮應(yīng)取圖2輸入EMI濾波電路333電阻R1、R2=390K較合理。

　　X電容容量的選定：根據(jù)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，X電容容量強(qiáng)制要求當(dāng)輸入電源斷電時(shí)，必須在1s內(nèi)放電至安全電壓42.4V，則X電容取值參考如下公式：

　　將電阻R1、R2=390K代入X電容計(jì)算公式得：Cx小于0.58μF，取標(biāo)準(zhǔn)容值Cx=0.47μF，如圖2所示的電路中，取C1=C2=0.2μF。選擇X電容時(shí)還要考慮其最大的承受耐壓，由于X電容在電源線輸入端，所以必須具備承受瞬態(tài)高壓的能力。

　　Y電容容量的選定：根據(jù)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，強(qiáng)制規(guī)定Y電容在標(biāo)稱輸入電壓時(shí)，各相線對(duì)大地的漏電流小于3.5mA，假Y電容為Cy，則有：

　　上式中：fo為交流輸入電壓的工頻頻率，代入上式可得Cy=C3//C4//C24//C30《0.056μF，由于開關(guān)電源機(jī)殼與大地間存在分布電容，所以存在漏電流，則取Cy要比實(shí)際計(jì)算值要小，取Cy=0.047μF。

　　在實(shí)際使用中，由于電容的容抗在不同的頻率下呈現(xiàn)不同的特性，特別是在超高段，容抗幾乎相同，所以一般采用多個(gè)小容量的電容過并聯(lián)，滿足總?cè)萘恳蟆?/p>