一文解析寬輸入電壓范圍的電源設計

電源輸入電壓都有一定范圍，例如我國電網(wǎng)電壓為220VAC，其輸入范圍的要求為165-264VAC，為了兼容歐標的110VAC，通常電源輸入電壓范圍為85-264VAC。在DC-DC直流開關(guān)電源應用中，通常也有多個輸入母線的類別，如通信行業(yè)一般為48VDC輸入，其范圍為36-75VDC。工業(yè)控制行業(yè)一般為24VDC和12VDC，24V輸入的范圍為18-36VDC，12VDC輸入的范圍為9-18VDC，鐵路行業(yè)的母線為110VDC，輸入電壓范圍為66-160VDC。

有時還會發(fā)現(xiàn)介于它們之間的電壓，但是由于成本原因，電源廠家通常不愿意為每種輸入電壓開發(fā)不同的電源。所以要求電源輸入范圍寬，下面說說如何設計一種具有寬輸入電壓范圍的電源。

該要求為19至265VAC和19至375VDC的小功率反激式轉(zhuǎn)換器（在500mW的范圍內(nèi)），小功率反激式參考設計需要具備兩路輸出。一個輸出軌提供微控制器與模擬電路（電流為15mA時電壓為5.0V），另一個輸出軌則在電流為40mA時提供12V的電壓以控制繼電器。因為輸入和兩路輸出需要2.5kV的隔離電壓，所以首先想到了結(jié)構(gòu)簡單、廣為人知的反激式轉(zhuǎn)換器。

上圖為轉(zhuǎn)換器原理圖，有輸入濾波器、整流器、啟動電路以及次級側(cè)上的控制器線性穩(wěn)壓器等。

寬輸入電壓范圍不僅對控制器來說是個挑戰(zhàn)，對該變壓器的設計而言也是一大難題。對于小功率應用，反激式轉(zhuǎn)換器經(jīng)過設計要能在非連續(xù)導通模式（DCCM）下工作，以便實現(xiàn)小的解決方案尺寸，因為耦合電感器的電感也比較小。這種運行模式下的峰值電流比連續(xù)導通模式（CCM）下的峰值電流大，但它們?nèi)匀幌鄬^小，原因是功率很小。對于較大功率的應用，反激式轉(zhuǎn)換器則通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是適合該反激式設計的模式，輸出功率大約為500mW。

為避免在輸入電壓的上限范圍內(nèi)出現(xiàn)大的開關(guān)損耗，開關(guān)頻率應相對較低。在該設計中，它被設置為130kHz，以便讓基波低于電磁干擾（EMI）測量的下限150kHz。如果假定該轉(zhuǎn)換器只在DCCM模式下工作，那么占空比在這樣一個范圍內(nèi)從70%直到4%（匝數(shù)比為3.58：1，750μH的初級電感）。為了減少組件應力，您應該通過讓匝數(shù)比保持不變并將初級電感變?yōu)?mH來增加最小占空比。現(xiàn)在，對于低輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器在CCM模式下運行。對于高輸入電壓，該轉(zhuǎn)換器則在DCCM模式下運行。
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